החיפוש אחר תיאוריה של כל דבר, שנבנה עד לפני ארכימדס והתקדם משמעותית במאה הקודמת באמצעות תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים של אלברט איינשטיין, נתקל באתגר גדול בשל ההסברים הסותרים שלהם לגבי כוח המשיכה. המחקר החדשני של קנט יאגי באוניברסיטת וירג'יניה, תוך שימוש בבינה מלאכותית ומגובה במענק CAREER יוקרתי מהקרן הלאומית למדע, שואף לגשר על פער זה, להציע תובנות חדשות לגבי כוח המשיכה וכוחות היסוד של היקום, תוך שיפור חינוך STEM באמצעות קהילה והסברה חינוכית. (קונספט האמן). קרדיט: twoday.co.il.com
הרבה לפני שארכימדס הציע שכל התופעות הניתנות לצפייה עבורנו עשויות להיות מובנות באמצעות עקרונות יסוד, בני האדם דמיינו אפשרות של תיאוריה של הכל. במהלך המאה האחרונה, פיסיקאים התקרבו יותר לפענוח התעלומה הזו. תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין מספקת בסיס מוצק להבנת הקוסמוס בקנה מידה גדול, בעוד שמכניקת הקוונטים מאפשרת לנו לתפוס את פעולתו ברמה התת-אטומית. הצרה היא ששתי המערכות אינן מסכימות לגבי אופן הפעולה של כוח הכבידה.
כיום, בינה מלאכותית מציעה תקווה חדשה למדענים המתמודדים עם האתגרים החישוביים האדירים הכרוכים בפענוח המסתורין של משהו מורכב כמו היקום וכל מה שבו, ולקנט יאגי, פרופסור חבר מהמכללה של אוניברסיטת וירג'יניה ובבית הספר לתארים מתקדמים לאמנויות. Sciences מובילה שותפות מחקרית בין פיזיקאים תיאורטיים ופיזיקאים חישוביים ב-UVA שיכולה להציע תובנה חדשה לגבי האפשרות של תיאוריה של כל דבר או, לפחות, הבנה טובה יותר של כוח המשיכה, אחד מכוחות היסוד של היקום. העבודה זיכתה אותו במענק CAREER מהקרן הלאומית למדע, אחד הפרסים היוקרתיים ביותר שזמינים לחוקרים ומחנכים הצעירים והמבטיחים ביותר במדינה.
פריצות דרך בהתבוננות ביקום
היבט אחד של תורת היחסות הכללית של איינשטיין הוא שעצמים הנעים בחלל יוצרים גלים, בדומה לסירה הנעה במים, אבל גם כאשר גלים אלה נוצרים על ידי כוכבי לכת, כוכבים וגלקסיות, או אפילו חורים שחורים שיכולים ליצור את הכבידה החזקה ביותר. שדות אפשריים, הם עדיין קטנים להפליא. כתוצאה מכך, חלפו כמעט מאה שנים לאחר שאיינשטיין פרסם לראשונה את רעיונותיו בנושא גלי כבידה שפותחו האמצעים הטכנולוגיים לצפות בהם. בשנת 2015, תוכנית המכונה LIGOאו ה- Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, אחד הפרויקטים הגדולים ביותר שמומנו אי פעם על ידי ה-NSF, זיהה לראשונה גלי כבידה, מה שהוביל לפרס נובל לפיזיקה למנהיגי הפרויקט.
הפיזיקאי קנט יאגי, פרופסור חבר במכללת אוניברסיטת וירג'יניה ובבית הספר לתארים מתקדמים לאמנויות ומדעים זכה במענק CAREER מהקרן הלאומית למדע, אחד הפרסים היוקרתיים ביותר שזמינים לחוקרים ומחנכים הצעירים והמבטיחים ביותר במדינה. מכללת אוניברסיטת וירג'יניה ובית הספר לתואר שני לאמנויות ומדעים
"הגילוי היה אחד הרגעים החשובים ביותר בפיזיקה במאה השנים האחרונות", אמר יאגי.
וככל שהטכנולוגיה הדרושה כדי לצפות בתופעות תת-אטומיות מתקדמת, התקדמה גם יכולת המחשוב הדרושה לעיבוד כמויות אדירות של נתונים שאסטרונומים אוספים על היקום. בנוסף, פיתוחים חדשים ב למידת מכונה ובינה מלאכותית בשנים האחרונות מאפשרות למדענים ליצור ולבחון מודלים מתמטיים מורכבים המתארים את התופעה שהם צופים בקצב שפעם היה בלתי נתפס.
יאגי חוקר את גלי הכבידה המסיביים שנוצרים על ידי זוגות של חורים שחורים וכוכבי נויטרונים בינאריים – כמה מהעצמים הצפופים ביותר ביקום שחזקים פי 1013 ממגנט מקרר טיפוסי, לפי יאגי – והוא משתמש בתופעות הללו כדי לבדוק את התיאוריות של איינשטיין לגבי כוח הכבידה ולבחון את חוקי היסוד של הפיזיקה הגרעינית בחיפוש אחר מידע שיעזור לפתור את הנתק בין התיאוריה של איינשטיין למכניקת הקוונטים.
מימון והסברה חינוכית
מענק ה-CAREER, שיביא למימון של 400,000 דולר למכללה בחמש השנים הקרובות, ייצור הזדמנויות לסטודנטים לתארים מתקדמים בהווה ובעתיד המעוניינים בפיתוח ויישום אלגוריתמים של למידת מכונה שיעזרו להסביר ולחזות תצפיות בגלי כבידה ויעניקו לנו הבנה עמוקה יותר הבנה של התנהגות הכבידה.
ברגע שהאלגוריתמים החישוביים יכוונו עדין – תהליך שאמור להימשך אפילו כמה שבועות – יאגי אמר שהצוות שלו יוכל לעבד את הנתונים שנאספו על ידי LIGO כדי לבדוק את התיאוריה של איינשטיין מהר יותר פי מאה.
"וכמות השטח שנוכל לחפש את הנתונים האלה תגדל בפקטור של עשרה", אמר יאגי.
אחת הדרישות של פרס CAREER היא שהנמענים יבנו גם פרויקטים חינוכיים וקהילתיים בעבודתם, וחלק מהמימון ייצור מקומות עבודה לבוגרי תואר ראשון שיעבדו עם יאגי לפיתוח תוכנה חינוכית לתלמידי תיכון המתעניינים בפיזיקה, אשר , מקווה יאגי, יהווה השראה לדור הבא של מדענים זוכי פרס נובל.
האתגר של הוכחת תיאוריות
עד כמה זה יקרב אותנו לתיאוריה של הכל?
"יש עדיין הרבה בעיות שצריך לפתור", אמר יאגי. "אני מקווה שאראה את זה בימי חיי, אבל אני לא רוצה להיות אופטימי מדי".
"להוכיח תיאוריה זה כמעט בלתי אפשרי", הסביר יגי. "תמיד תהיה שגיאת מדידה בכל ניסוי, אבל אנחנו נמשיך לנסות לראות אם אנחנו מוצאים ראיות כדי להפריך את תורת היחסות הכללית. יחד עם זאת, אנחנו ממשיכים לגלות כמה זה נראה יפה ונכון".
עבודתו של יגי ותשומת הלב שהוא זוכה לעוררו שבחים מעמיתיו ומנהיגיו ב-UVA.
"הייתה דחיפה גדולה מאוד לאחרונה להבין טוב יותר את גלי הכבידה לא רק כתחזית או מושג תיאורטי אלא כדי להיות מסוגל לזהות אותם ישירות", אמר פיל אראס, יו"ר המחלקה לאסטרונומיה של UVA. "המאמץ הזה פתח צוהר חדש לגמרי ליקום ונתן לנו דרך חדשה לבדוק את התיאוריות שלנו לגבי איך כוכבים מתפתחים. המחקר של קנט היה חשוב מאוד להבנתנו את זה".
דספינה לוקה, יו"ר המחלקה לפיזיקה של UVA כינתה את יאגי אסטרופיזיקאי מכובד מאוד עם תיק מחקר עצום.
"קנט הוא מחנך מרתק ומנטור מבוקש שלעבודתו הייתה השפעה עצומה על פני מספר דיסציפלינות של פיזיקה", הוסיפה לוקה. "הוא סולל את הדרך לשימוש בלמידת מכונה כדי לבחון את תורת היחסות הכללית תוך חקר תכונות אסטרופיזיקליות של כוכבי נויטרונים, ועבודתו עם תלמידי UVA בבניית משחקים מקוונים המשלבים מחקר וחינוך יהוו השראה לצעירים ברחבי העולם".
"עבודתו של פרופ' יאגי יוצאת מן הכלל", אמרה כריסטה אקפורה, דיקן המכללה ובית הספר לתארים מתקדמים לאמנויות ומדעים, "אנו גאים לקבל אותו כחבר בפקולטה שלנו, לא רק על ההכרה שהוא זוכה לכשהוא מקדם את גבולות ההבנה שלנו לגבי היקום, אבל גם בגלל המחויבות שלו לחדשנות בחינוך STEM."
