Человеческой науке конец? ИИ проектирует детекторы гравитационных волн лучше нобелевских лауреатов

Катастрофические события во Вселенной — слияние чёрных дыр или взрывы сверхновых — вызывают колебания в ткани пространства-времени, известные как гравитационные волны. Эти возмущения, которые предсказал Эйнштейн более века назад, впервые удалось зафиксировать лишь в 2016 году. Обнаружить их так сложно потому, что даже мощнейшие космические катаклизмы искажают пространство крайне слабо — примерно как если бы расстояние между Землёй и Солнцем изменилось на толщину человеческого волоса.

Группа специалистов из Института наук о свете имени Макса Планка совместно с командой обсерватории LIGO разработала уникальный алгоритм , чтобы проектировать новые системы наблюдения за гравитационными волнами. Программа, названная "Уранией" в честь музы астрономии, создала ряд конструкций, которые сильно превосходят существующие образцы по эффективности.

Современные обсерватории работают на принципе интерферометрии — они измеряют, как волны взаимодействуют друг с другом. Когда встречаются световые пучки, они накладываются: могут усилить друг друга, если совпадают по фазе, или погасить, если находятся в противофазе. Благодаря такой физической особенности учёные могут заметить малейшие изменения в структуре пространства, когда через него проходит гравитационное возмущение.

Чтобы создать эффективную измерительную систему, необходимо точно настроить множество элементов: как расположить зеркала, какую мощность задать лазерам, как сконфигурировать оптические компоненты. Учёные преобразовали эту комплексную задачу в математическую проблему оптимизации и применили современные методы машинного обучения. В результате "Урания" смогла исследовать колоссальный массив возможных конфигураций приборов.

За два года виртуальный конструктор создал множество вариантов установок, которые могут расширить диапазон регистрируемых сигналов в десять и более раз. Он не только воспроизвёл известные технические приёмы, но и предложил революционные подходы к тому, как конструировать детекторы. Некоторые решения настолько нестандартны, что специалисты до сих пор пытаются разобраться, как они работают, и осмыслить логику ИИ.

Чтобы ускорить дальнейшие исследования, научная группа создала открытый каталог — "Зоопарк детекторов", куда вошли полсотни наиболее многообещающих проектов, сгенерированных нейросетью. Всё ради того, чтобы мировое сообщество могло изучать и развивать инновационные идеи, подстраивая их под разные задачи.

"Мы вступаем в эпоху, когда автоматизированные системы находят решения, превосходящие человеческие возможности, а исследователи должны осмыслить то, что открыли машины", — отмечает доктор Кренн. По его мнению, такой подход во многом определит, как будет развиваться научный поиск. В глобальном масштабе это достижение демонстрирует, как вычислительные системы помогут нам создавать инструменты для изучения мироздания на всех уровнях — от квантовых явлений до космологических масштабов.