科学家找到用笔记本电脑模拟宇宙的方法

牵头这项工作的是滑铁卢大学滑铁卢天体物理学中心的博士后研究员Marco Bonici博士。Bonici与一个国际团队共同创建了Effort.jl，其全称是“有效场论替代模型”（EFfective Field theORy surrogate）。该工具运用先进的数值技术和智能数据预处理方法，在保持宇宙学研究所需准确性的同时，实现了卓越的计算性能。研究团队将其设计为宇宙大尺度结构有效场论（EFTofLSS）的强大模拟器，能让研究者比以往更高效地处理海量数据集。

化挫折为创新
Effort.jl的构想源于Bonici运行耗时计算机模型的经历。每次他哪怕只调整一个参数，都可能需要额外几天的计算才能看到结果。这一挑战激励他开发出一种更快、更灵活的解决方案，能够在几小时而非几天内完成这类参数调整。

“借助Effort.jl，我们可以处理EFTofLSS等模型的复杂数据集，而这些模型以往需要大量时间和计算能力。”Bonici解释道，“随着DESI和Euclid等项目不断拓展我们对宇宙的认知，并产生更大规模的天文数据集有待探索，Effort.jl能让研究者更快、更经济地多次分析数据，同时根据数据中的细微差异进行微调。”

更智能的模拟，助力宇宙研究提速
Effort.jl属于一类被称为“模拟器”的工具。模拟器是经过训练的计算捷径，它们能复制大型、资源密集型模拟的行为，但运行速度显著加快。通过使用模拟器，科学家能在极短时间内探索多种可能的宇宙情景，并应用基于梯度的采样等先进技术，更高效地研究复杂的物理模型。

“我们通过将Effort.jl的预测结果与EFTofLSS的结果进行比对，验证了其有效性。”Bonici表示，“误差范围很小，这表明Effort.jl的计算结果是可靠的。此外，Effort.jl还能处理数据失真等观测异常，并且可以非常容易地根据研究者的需求进行定制。”

人类专业知识仍至关重要
尽管Effort.jl功能强大，但它并不能替代科学理解。宇宙学家在设定参数、解读结果以及运用物理洞察力确保结论有意义方面，仍然发挥着关键作用。正是专家知识与计算能力的结合，才使得该系统如此高效。

展望未来，Effort.jl有望处理更大规模的宇宙学数据集，并与其他分析工具协同工作。研究者还认为，其方法在天体物理学之外的领域也有应用潜力，包括气象和气候建模。

相关论文《Effort.jl：宇宙大尺度结构有效场论的快速可微模拟器》已发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。