すべての理論の探求 – 科学者たちはアインシュタインをテストする

アルキメデスが、私たちに観察できるすべての現象は基本原理によって理解できるかもしれないと示唆するずっと前に、人間はあらゆるものの理論の可能性を想像していました。 過去 1 世紀にわたって、物理学者はこの謎の解明に近づいてきました。 アルバート・アインシュタインの一般相対性理論は宇宙を大規模に理解するための強固な基盤を提供し、量子力学はその仕組みを亜原子レベルで理解することを可能にします。 問題は、2 つのシステムが重力の仕組みについて一致していないことです。

今日、人工知能は、宇宙やその中のあらゆるもののような複雑なものの秘密を解明するという膨大な計算上の課題に取り組む科学者たちに新たな希望をもたらしている、とバージニア大学芸術学部・大学院准教授のケント・ヤギ氏は語る。 科学はバージニア大学の理論物理学者と計算物理学者の間の研究提携を主導しており、これにより万物の理論の可能性について新たな洞察が得られるか、少なくとも宇宙の基本的な力の一つである重力についてのより良い理解が得られる可能性がある。 。 この研究により、彼は全米科学財団からキャリア助成金を獲得しました。これは、国内で最も有望な若い研究者や教育者に与えられる最も名誉ある賞の 1 つです。

宇宙観察における画期的な進歩

アインシュタインの一般相対性理論の 1 つの側面は、水中を移動するボートのように、空間を移動する物体は波を生成するということですが、それらの波が惑星、星、銀河、さらには可能な限り最強の重力場を生み出す可能性のあるブラック ホールによって生成される場合であっても、 、彼らはまだ…信じられないほど小さいです。 したがって、アインシュタインが最初に自分のアイデアを発表してからほぼ 100 年が経過しました。 重力波 それらを監視するための技術的手段が開発されました。 2015年に、として知られるプログラム レゴ、またはレーザー干渉計重力波天文台は、国立科学財団が資金提供した史上最大のプロジェクトの 1 つであり、初めて重力波を検出し、プロジェクトリーダーのノーベル物理学賞受賞につながりました。

バージニア大学芸術科学大学院の物理学者ケント・ヤギ准教授が、全米科学財団からキャリア助成金を獲得した。この助成金は、米国で最も有望な若い研究者や教育者に与えられる最も栄誉ある賞の一つである。 バージニア大学の学部および大学院芸術科学研究科

「この発見は、過去 100 年間の物理学における最も重要な瞬間の 1 つでした」と八木氏は述べました。

素粒子現象の観察に必要な技術が進歩するにつれて、天文学者が宇宙に関して収集する膨大な量のデータを処理するために必要なコンピューティング能力も進歩しました。 新たな展開に加えて、 機械学習 近年の人工知能のおかげで、科学者はかつては想像もできなかったペースで観察した現象を記述する複雑な数学モデルを作成し、テストできるようになりました。

ヤギ博士は、ブラックホールと連星中性子星のペアによって生成される巨大な重力波を研究している。ヤギ氏によれば、宇宙で最も密度の高い天体の一部であり、通常の冷蔵庫の磁石よりも最大1,013倍強力であるという。そしてこれらの現象を利用してアインシュタインの理論を検証している。アインシュタインの理論と量子力学の間の断絶を解決するのに役立つ情報を求めて、重力と基本法則について調べ、核物理学に興味を持ちました。

教育資金と支援活動

今後 5 年間で大学に 40 万ドルの資金が提供される CAREER 補助金は、重力波観測の説明と予測に役立つ機械学習アルゴリズムの開発と応用に興味のある現在および将来の大学院生に機会を提供します。理解。 重力の挙動を理解する。

計算アルゴリズムが微調整されれば、そのプロセスには数週間もかからないはずですが、彼のチームは LIGO によって収集されたデータを処理して、アインシュタインの理論を 100 倍速くテストできるようになるとヤギ氏は述べました。

「そのデータを検索できるスペースの量は 10 倍に増加します」と八木氏は言います。

CAREER Award の要件の 1 つは、受賞者が自分の仕事に教育および地域貢献プロジェクトも組み込むことです。資金の一部は、八木氏と協力して物理学に興味のある高校生向けの教育プログラムを開発する学部生の雇用の機会を創出します。八木氏は、これが次世代の CAREER 受賞科学者にインスピレーションを与えることを期待しています。

理論を証明するという挑戦

これにより、すべての理論にどれだけ近づくことができるでしょうか?

「解決すべき問題はまだたくさんある」とヤギ氏は語った。 「生きているうちにそうなることを願っていますが、あまり楽観的になりたくありません。」

「理論を証明することはほぼ不可能です」とヤギ氏は説明した。 「どんな実験にも測定誤差は必ずありますが、私たちは一般相対性理論を反証する証拠が見つかるかどうかを確認する努力を続けます。同時に、それがいかに美しく真実に見えるかを発見し続けます。」

ヤギ氏の研究と彼が受けている注目は、バージニア大学の同僚や指導者から賞賛を集めています。

「最近、理論的な予測や概念としてだけでなく、重力波を直接検出できるようにするために、重力波をより深く理解しようとする動きが非常に大きくなっています」とバージニア大学天文学部長のフィル・アラス氏は述べた。 「この取り組みは、宇宙にまったく新しい窓を開き、星がどのように進化するかについての理論を検証する新しい方法を私たちに与えてくれました。ケントの研究は、これを理解する上で非常に重要でした。」

バージニア大学物理学部長のデスピナ・ルッカ氏は、ヤギ氏を広範な研究ポートフォリオを持つ非常に尊敬されている天体物理学者であると述べた。

「ケントは魅力的な教師であり、指導者としても人気があり、その研究は物理学の多くの分野に多大な影響を与えています」とルカ氏は付け加えた。 「彼は、中性子星の天体物理的特性を調査しながら、機械学習を使用して一般相対性理論をテストする道を切り開いています。研究と教育を統合したオンライン ゲームを構築するバージニア大学の学生との取り組みは、世界中の若者にインスピレーションを与えるでしょう。」

「八木教授の業績は傑出したものです。私たちは彼が科学の進歩で評価を受けているというだけでなく、彼を私たちの教員に迎えられたことを誇りに思います」と述べた。 」 宇宙に対する私たちの理解の限界だけでなく、STEM 教育におけるイノベーションへの取り組みにも限界があります。