Küçük bir bilgisayarda tüm evreni simüle etmek mümkün hale geldi

Evreni haritalamak artık sadece teleskoplarla gökyüzüne bakmak anlamına gelmiyor. Bugün astronomlar, milyarlarca galaksiden gelen ışığı analiz ederek trilyonlarca veri noktasını işliyor.

Ancak bu veri bolluğu, DESI (Karanlık Enerji Spektroskopik Aracı) ve Avrupa Uzay Ajansı’nın Euclid misyonu gibi dev kozmolojik projelerde hesaplama gücünün sınırlarına dayanmış durumda.

İşte bu noktada, Waterloo Üniversitesi’nden fizikçi Dr. Marco Bonici liderliğindeki uluslararası bir ekip, veri analizinde devrim yaratabilecek bir araç geliştirdi: Effort.jl.

BİN KAT HIZ

Effort.jl, kozmolojik simülasyonların davranışını taklit eden bir tür yapay zeka modeli, yani bir “emülatör”.

Ekip, bu aracı Julia programlama diliyle geliştirdi: Hız bakımından C seviyesinde, kullanım kolaylığı açısından ise Python’a benzer bir dil.

Araştırmacıların Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) dergisinde yayımlanan makalesine göre, Effort.jl geleneksel yöntemlerden yaklaşık bin kat daha hızlı hesaplama yapabiliyor. Üstelik neredeyse kusursuz doğrulukla.

Normalde evrenin büyük ölçekli yapısını modelleyen EFTofLSS hesaplamaları, her olasılık değerlendirmesi için saniyeler ila dakikalar alabiliyor. Bu tür analizlerde milyonlarca hesaplama gerektiğinden, süper bilgisayarlarla bile günler hatta haftalar sürebiliyor.

Effort.jl, bu sürecin en yavaş aşamalarını sinir ağıyla değiştirerek saniyeler yerine mikrosaniyelerde sonuç verebiliyor.

YAPAY ZEKA HIZI VE BİLİMSEL DOĞRULUK

Effort.jl, galaksilerin evrende nasıl kümelendiğini gösteren galaksi güç spektrumunu simüle ediyor. Bu, evrenin istatistiksel “parmak izi” olarak kabul ediliyor.

Araç, fizik temelli ön işlemeyle yapay zekayı birleştiriyor. Bu sayede hem fiziksel olarak yorumlanabilir hem de aşırı hızlı sonuçlar üretebiliyor.

Ekip, tek bir işlemci çekirdeğinde 15 mikrosaniye içinde hesaplama yapabildiğini, dizüstü bilgisayarda yaklaşık 10 dakikada tam Bayesian analizine ulaştığını belirtiyor. Aynı işlem, geleneksel yazılımlarla süper bilgisayar kümelerinde saatlerce sürüyor.

Araştırmacılar, Effort.jl’yi hem PT-Challenge adlı yüksek hassasiyetli sahte evren simülasyonlarında hem de BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) adlı gerçek gözlem verilerinde denedi.

Sonuçlar, mevcut standart yazılım olan pybird ile istatistiksel açıdan aynı doğrulukta çıktı, ancak çok daha kısa sürede tamamlandı.

Ekip ayrıca sembolik regresyon kullanarak bazı karmaşık denklemleri insan tarafından okunabilir forma dönüştürdü. Bu sayede bazı hesaplamaların süresi 150 mikrosaniyeden 200 nanosaniyeye indirildi.

KOZMOLOJİDE YENİ ÇAĞA UYUM

DESI’nin milyonlarca galaksiyi haritalandırdığı, Euclid’in ise uzaydan ilk evren haritalarını gönderdiği günümüzde, artık asıl zorluk veri toplamak değil, veriyi işlemek.

Effort.jl bu açıdan bir dönüm noktası olabilir. Araç sayesinde karanlık enerji teorileri test edilebilir, evrenin genişleme hızı ve karanlık maddenin dağılımı çok daha hassas biçimde ölçülebilir ve galaksi kümelenmeleri ile kozmik mikrodalga arka planı tek analizde birleştirilebilir.

AÇIK BİLİM

Effort.jl, GitHub’da açık kaynak (MIT lisansı) olarak yayımlandı. Kod, belgeler ve örnek veri setleri araştırmacılara sunuldu.

Ekip, bu adımla yalnızca kozmoloji değil, plazma fiziği, kuantum malzemeler, iklim modellemesi ve tıp görüntüleme gibi diğer alanlarda da karmaşık sistemlerin daha hızlı ve şeffaf biçimde modellenmesini hedefliyor.