Problém troch telies, ktorý spočíva vo výpočte pohybu troch telies vykonávaným vplyvom ich gravitačných síl, je jeden z najkomplexnejších výpočtov vo fyzike. Nová neurónová sieť, ktorú vyvinuli vedci z rôznych svetových univerzít, však dokáže nájsť riešenie tohto problému až 100 miliónov krát rýchlejšie než existujúce techniky. O téme píše Science Alert.

Deviata planéta v slnečnej sústave môže byť nakoniec čiernou dierou s rozmermi ako grapefruit

Posúvame naše chápanie časticovej fyziky. Vedci v CERN-e spozorovali veľmi zriedkavé udalosti

Vedci našli nový druh exotickej častice, ktorý sme doteraz ešte nikdy nevideli

Jeden z najkomplexnejších fyzikálnych problémov

Tím vedcov zložený z viacerých svetových univerzít, vrátane Cambridgeskej univerzity či Univerzity v Leidene, vyvinul neurónovú sieť, ktorá údajne dokáže vypočítať jeden z najkomplexnejších fyzikálnych problémov až 100 miliónov krát rýchlejšie než terajšie postupy.

Ide o výpočet problému troch telies, ktorého úlohou je určiť pohyby troch gravitačne pôsobiacich telies, ako napríklad Zem, Mesiac a Slnko, vzhľadom na ich začiatočné polohy a rýchlosti. Aj keď to môže znieť jednoducho, efektívny výpočet tohto problému trápi fyzikov a matematikov už stovky rokov, a v súčasnosti sa využíva napríklad na to, ako môžu binárne čierne diery interagovať s jednotlivými, čo navádza k spoznaniu vzájomných reakcií tých najzákladnejších objektov vesmíru.

Neurónová sieť v akcii

Výskumníci vyškolili vyvinutú neurónovú sieť s databázami existujúcich problémov troch telies, ktoré už boli vypracované, avšak zjednodušili tento proces tak, aby databáza zahŕňala iba tri častice s rovnakou hmotnosťou v rovine, pričom všetky začínali s nulovou rýchlosťou, píše MIT Technology Review. Následne vybrali ich náhodné štartovacie polohy, a spustili výpočet pomocou najmodernejšieho systému riešenia s názvom Brutus na sieti až 10 000-krát.

Po tomto zaškolení dostala neurónová sieť ďalších 5 000 nových scenárov, ktoré mala spracovať, pričom jej výsledky potom vedci porovnávali s predikciami vykonanými cez Brutus. Výsledky tohto pokusu boli skvelé, pretože neurónová sieť dokázala presne predpovedať pohyb troch telies a emulovať rozdiely medzi blízkymi trajektóriami objektov, a zároveň zodpovedala Brutusovým predikciám. „Ukázali sme, že hlboké neurónové siete dokážu produkovať rýchle a presné riešenia výpočtovo náročného problému troch telies v pevne stanovenom intervale.“, uviedli autori štúdie.

Môže pomocť vyriešiť aj komplexnejšie výpočty

Napriek tomu, že táto práca musí byť ešte preskúmaná inými odborníkmi, ide o veľmi pôsobivý výsledok, ktorý má výrazný potenciál. Jej autori totiž tvrdia, že neurónová sieť by mohla pomôcť vyriešiť aj problémy troch telies v situáciách, ktoré sa pre Brutusa stanú výpočtovo nerealizovateľnými.

Trénované neurónové siete by tak mohli spolupracovať s Brutusom a podobnými systémami, ktorým by vypomáhali pri príliš zložitých výpočtoch. „Nakoniec si myslíme, že táto sieť môže byť vyškolená aj v súvislosti s chaotickejšími problémami, ako napríklad problém 4 či 5 telies, pričom by výrazne znížila výpočtovú záťaž.“, tvrdia vedci.