科学家发现一种方法 在笔记本电脑上模拟宇宙

科学家们开发了一种名为 Effort.jl 的突破性工具，让他们只需使用笔记本电脑即可模拟宇宙的结构。该团队创建了一个系统，可以显着加快研究人员研究宇宙数据的速度，将曾经需要数天的超级计算机时间变成几个小时。这种新方法可以帮助科学家探索海量数据集、测试模型并微调他们对星系如何形成和演化的理解。

随着天文学家收集的数据比以往任何时候都多，研究宇宙已成为一项越来越复杂的任务。一项新的创新正在改变这一现实。研究人员现在已经开发出一种方法，只需一台笔记本电脑和几个小时的处理时间即可分析海量宇宙数据集。

领导这项工作的是滑铁卢大学滑铁卢天体物理中心的博士后研究员 Marco Bonici 博士。Bonici 和一个国际团队创建了 Effort.jl，即 EFfective Field theORy 代理的缩写。该工具使用先进的数值技术和智能数据预处理方法来提供卓越的计算性能，同时保持宇宙学所需的精度。该团队将其设计为大规模结构有效场论 （EFTofLSS） 的强大模拟器，使研究人员能够比以往更高效地处理大量数据集。

化挫折为创新

Effort.jl 的想法源于 Bonici 运行耗时的计算机模型的经验。每次他调整一个参数时，也可能需要数天的额外计算才能看到结果。这一挑战激励他构建一个更快、更灵活的解决方案，可以在数小时而不是数天内处理此类调整。

“使用 Effort.jl，我们可以在 EFTofLSS 等模型上运行复杂的数据集，这些模型以前需要大量时间和计算机能力，”Bonici 解释道。“随着 DESI 和 Euclid 等项目扩展了我们对宇宙的了解并创建了更大的天文数据集进行探索，Effort.jl 使研究人员能够更快、更便宜地多次分析数据，同时根据数据中的细微差别进行微小的更改。”

更智能的仿真，实现更快的宇宙

Effort.jl 属于一类称为模拟器的工具。这些是经过训练的计算快捷方式，可以复制大型资源密集型模拟的行为，但运行速度要快得多。通过使用模拟器，科学家可以在很短的时间内探索许多可能的宇宙场景，并应用基于梯度的采样等先进技术来更高效地研究复杂的物理模型。

“我们能够通过将 Effort.jl 的预测与 EFTofLSS 的预测保持一致来验证它们，”Bonici 说。“误差幅度很小，向我们表明 Effort.jl 的计算结果很强大。Effort.jl 还可以处理数据扭曲等观察怪癖，并且可以非常轻松地根据研究人员的需求进行定制。

人类专业知识仍然很重要

尽管 Effort.jl 的功能令人印象深刻，但它并不能替代科学理解。宇宙学家在设定参数、解释结果和应用物理洞察力以确保得出有意义的结论方面仍然发挥着至关重要的作用。专业知识和计算能力的结合使该系统如此有效。

展望未来，Effort.jl 预计将承担更大的宇宙学数据集，并与其他分析工具一起工作。研究人员还看到了其方法在天体物理学以外的领域（包括天气和气候建模）的潜力。

本文工作发表于《宇宙学与天体粒子物理学杂志》（2025）”用于宇宙大尺度结构有效场论的快速且可微分的模拟器”。