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A busca por uma teoria de tudo, que remonta a antes de Arquimedes e avançou significativamente no século passado através da teoria da relatividade geral e da mecânica quântica de Albert Einstein, encontrou um grande desafio devido às suas explicações conflitantes da gravidade. A pesquisa inovadora de Kent Yagi na Universidade da Virgínia, utilizando inteligência artificial e apoiada por uma prestigiosa bolsa CAREER da National Science Foundation, visa preencher esta lacuna, oferecendo novos insights sobre a gravidade e as forças fundamentais do universo, ao mesmo tempo que melhora a educação STEM através da comunidade e extensão educacional. (Conceito do artista). Crédito: SciTechDaily.com
Muito antes de Arquimedes sugerir que todos os fenómenos observáveis para nós poderiam ser compreensíveis através de princípios fundamentais, os humanos já imaginavam a possibilidade de uma teoria de tudo. Ao longo do século passado, os físicos chegaram mais perto de desvendar esse mistério. A teoria da relatividade geral de Albert Einstein fornece uma base sólida para a compreensão do cosmos em grande escala, enquanto a mecânica quântica nos permite compreender o seu funcionamento no nível subatômico. O problema é que os dois sistemas não concordam sobre como funciona a gravidade.
Hoje, a inteligência artificial oferece uma nova esperança para os cientistas que enfrentam os enormes desafios computacionais envolvidos na desvendação dos mistérios de algo tão complexo como o universo e tudo o que nele existe, e Kent Yagi, professor associado da Faculdade e Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências da Universidade da Virgínia Sciences está liderando uma parceria de pesquisa entre físicos teóricos e físicos computacionais da UVA que poderia oferecer uma nova visão sobre a possibilidade de uma teoria de tudo ou, pelo menos, uma melhor compreensão da gravidade, uma das forças fundamentais do universo. O trabalho lhe rendeu uma bolsa CAREER da National Science Foundation, um dos prêmios de maior prestígio disponíveis para os jovens pesquisadores e educadores mais promissores do país.
Avanços na observação do universo
Um aspecto da teoria da relatividade geral de Einstein é que os objetos que se movem no espaço geram ondas, tal como um barco que se move na água, mas mesmo quando essas ondas são criadas por planetas, estrelas e galáxias, ou mesmo por buracos negros que podem criar as forças gravitacionais mais fortes. campos possíveis, eles ainda são incrivelmente pequenos. Consequentemente, quase cem anos depois de Einstein ter publicado pela primeira vez as suas ideias sobre ondas gravitacionais que os meios tecnológicos para observá-los foram desenvolvidos. Em 2015, um programa conhecido como LIGOou o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser, um dos maiores projetos já financiados pela NSF, detectou ondas gravitacionais pela primeira vez, o que rendeu um Prêmio Nobel de Física para os líderes do projeto.
O físico Kent Yagi, professor associado da Faculdade e Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências da Universidade da Virgínia, ganhou uma bolsa CAREER da National Science Foundation, um dos prêmios de maior prestígio disponíveis para os jovens pesquisadores e educadores mais promissores do país. Faculdade da Universidade da Virgínia e Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências
“A descoberta foi um dos momentos mais importantes da física nos últimos cem anos”, disse Yagi.
E à medida que a tecnologia necessária para observar fenómenos subatómicos avança, a capacidade computacional necessária para processar grandes quantidades de dados que os astrónomos recolhem sobre o Universo também avançou. Além disso, novos desenvolvimentos em aprendizado de máquina e a inteligência artificial nos últimos anos tem permitido aos cientistas criar e testar modelos matemáticos complexos que descrevem o fenómeno que observam a um ritmo que antes era inimaginável.
Yagi estuda as ondas gravitacionais massivas geradas por pares de buracos negros e estrelas binárias de nêutrons – alguns dos objetos mais densos do universo que são até 1.013 vezes mais poderosos do que um ímã de geladeira típico, de acordo com Yagi – e ele usa esses fenômenos para testar as teorias de Einstein sobre a gravidade e investigar as leis fundamentais da física nuclear em busca de informações que ajudem a resolver a desconexão entre a teoria de Einstein e a mecânica quântica.
Financiamento e divulgação educacional
A bolsa CAREER, que trará US$ 400.000 em financiamento para a Faculdade nos próximos cinco anos, criará oportunidades para atuais e futuros estudantes de pós-graduação interessados em desenvolver e aplicar algoritmos de aprendizado de máquina que ajudarão a explicar e prever observações de ondas gravitacionais e nos darão uma visão mais profunda. compreensão do comportamento da gravidade.
Assim que os algoritmos computacionais estiverem ajustados – um processo que deve levar apenas algumas semanas – Yagi disse que sua equipe será capaz de processar os dados coletados pelo LIGO para testar a teoria de Einstein cem vezes mais rápido.
“E a quantidade de espaço que podemos pesquisar para esses dados aumentará dez vezes”, disse Yagi.
Um dos requisitos do prêmio CAREER é que os beneficiários também incluam projetos educacionais e de extensão comunitária em seu trabalho, e parte do financiamento criará empregos para estudantes de graduação que trabalharão com Yagi no desenvolvimento de software educacional para estudantes do ensino médio interessados em física, que , espera Yagi, inspirará a próxima geração de cientistas ganhadores do prêmio Nobel.
O desafio de provar teorias
Quão mais perto isso nos levará de uma teoria de tudo?
“Ainda há muitos problemas a serem resolvidos”, disse Yagi. “Espero ver isso durante a minha vida, mas não quero ser muito otimista.”
“Provar uma teoria é quase impossível”, explicou Yagi. “Sempre haverá erros de medição em qualquer experimento, mas continuaremos tentando ver se encontramos alguma evidência que refute a relatividade geral. Ao mesmo tempo, continuamos descobrindo o quão bonito e correto parece ser.”
O trabalho de Yagi e a atenção que vem recebendo foram elogiados por seus colegas e líderes da UVA.
“Tem havido um grande esforço recentemente para compreender melhor as ondas gravitacionais, não apenas como uma previsão ou conceito teórico, mas para poder detectá-las diretamente, disse Phil Arras, presidente do Departamento de Astronomia da UVA. “Esse esforço abriu uma janela totalmente nova para o universo e deu-nos uma nova forma de verificar as nossas teorias sobre como as estrelas evoluem. A pesquisa de Kent tem sido muito importante para a nossa compreensão disso.”
Despina Louca, presidente do Departamento de Física da UVA, considerou Yagi um astrofísico altamente respeitado com um vasto portfólio de pesquisa.
“Kent é um educador envolvente e um mentor muito procurado, cujo trabalho teve um impacto tremendo em diversas disciplinas da física”, acrescentou Louca. “Ele está abrindo caminho para usar o aprendizado de máquina para testar a relatividade geral enquanto explora as propriedades astrofísicas das estrelas de nêutrons, e seu trabalho com estudantes da UVA construindo jogos online que integram pesquisa e educação inspirará jovens em todo o mundo.”
“O trabalho do professor Yagi é notável”, disse Christa Acampora, reitora da Faculdade e Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências, “Estamos orgulhosos de tê-lo como membro de nosso corpo docente, não apenas pelo reconhecimento que está recebendo à medida que avança no limites da nossa compreensão sobre o universo, mas também pelo seu compromisso com a inovação na educação STEM.”
