La quête d’une théorie du tout, remontant à avant Archimède et considérablement avancée au siècle dernier grâce à la théorie de la relativité générale et de la mécanique quantique d’Albert Einstein, s’est heurtée à un défi majeur en raison de leurs explications contradictoires de la gravité. Les recherches innovantes de Kent Yagi à l’Université de Virginie, utilisant l’intelligence artificielle et soutenues par une prestigieuse subvention CAREER de la National Science Foundation, visent à combler cette lacune, en offrant de nouvelles connaissances sur la gravité et les forces fondamentales de l’univers, tout en améliorant l’éducation STEM à travers la communauté. et la sensibilisation éducative. (Concept de l’artiste). Crédit : Issues.fr.com
Bien avant qu’Archimède ne suggère que tous les phénomènes que nous observons pourraient être compréhensibles au moyen de principes fondamentaux, les humains ont imaginé la possibilité d’une théorie du tout. Au cours du siècle dernier, les physiciens se sont rapprochés de ce mystère. La théorie de la relativité générale d’Albert Einstein fournit une base solide pour comprendre le cosmos à grande échelle, tandis que la mécanique quantique nous permet d’appréhender son fonctionnement au niveau subatomique. Le problème est que les deux systèmes ne s’accordent pas sur le fonctionnement de la gravité.
Aujourd’hui, l’intelligence artificielle offre un nouvel espoir aux scientifiques qui relèvent les énormes défis informatiques liés à la résolution des mystères de quelque chose d’aussi complexe que l’univers et tout ce qu’il contient, et Kent Yagi, professeur agrégé au College and Graduate School of Arts & Science de l’Université de Virginie. Sciences dirige un partenariat de recherche entre physiciens théoriciens et physiciens computationnels de l’UVA qui pourrait offrir de nouvelles perspectives sur la possibilité d’une théorie du tout ou, du moins, une meilleure compréhension de la gravité, l’une des forces fondamentales de l’univers. Ces travaux lui ont valu une subvention CAREER de la National Science Foundation, l’une des récompenses les plus prestigieuses offertes aux jeunes chercheurs et éducateurs les plus prometteurs du pays.
Des avancées dans l’observation de l’univers
Un aspect de la théorie de la relativité générale d’Einstein est que les objets se déplaçant dans l’espace génèrent des ondes, un peu comme un bateau se déplaçant dans l’eau, mais même lorsque ces ondes sont créées par des planètes, des étoiles et des galaxies, ou même par des trous noirs, qui peuvent créer la plus forte force gravitationnelle. champs possibles, ils sont encore incroyablement petits. Par conséquent, près de cent ans après qu’Einstein ait publié pour la première fois ses idées sur ondes gravitationnelles que les moyens technologiques pour les observer ont été développés. En 2015, un programme connu sous le nom LIGOou le Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, l’un des plus grands projets jamais financés par la NSF, a détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles, ce qui a conduit à un prix Nobel de physique pour les dirigeants du projet.
Le physicien Kent Yagi, professeur agrégé au College and Graduate School of Arts & Sciences de l’Université de Virginie, a remporté une subvention CAREER de la National Science Foundation, l’une des récompenses les plus prestigieuses offertes aux jeunes chercheurs et éducateurs les plus prometteurs du pays. Collège et École supérieure des arts et des sciences de l’Université de Virginie
« Cette découverte a été l’un des moments les plus importants de la physique au cours des cent dernières années », a déclaré Yagi.
Et à mesure que la technologie nécessaire à l’observation des phénomènes subatomiques progresse, la capacité de calcul nécessaire au traitement des quantités massives de données collectées par les astronomes sur l’univers a également progressé. De plus, de nouveaux développements dans apprentissage automatique et l’intelligence artificielle ont permis ces dernières années aux scientifiques de créer et de tester des modèles mathématiques complexes décrivant le phénomène qu’ils observent à un rythme autrefois inimaginable.
Yagi étudie les ondes gravitationnelles massives générées par des paires de trous noirs et d’étoiles à neutrons binaires – certains des objets les plus denses de l’univers qui sont jusqu’à 1013 fois plus puissants qu’un aimant de réfrigérateur classique, selon Yagi – et il utilise ces phénomènes pour tester les théories d’Einstein sur la gravité et sonder les lois fondamentales de la physique nucléaire à la recherche d’informations qui aideront à résoudre le fossé entre la théorie d’Einstein et la mécanique quantique.
Financement et sensibilisation éducative
La subvention CAREER, qui apportera 400 000 $ au Collège au cours des cinq prochaines années, créera des opportunités pour les étudiants diplômés actuels et futurs intéressés par le développement et l’application d’algorithmes d’apprentissage automatique qui aideront à expliquer et à prédire les observations d’ondes gravitationnelles et nous donneront une vision plus approfondie. compréhension du comportement de la gravité.
Une fois les algorithmes informatiques affinés – un processus qui ne devrait prendre que quelques semaines – Yagi a déclaré que son équipe sera en mesure de traiter les données collectées par LIGO pour tester la théorie d’Einstein cent fois plus rapidement.
« Et la quantité d’espace dans laquelle nous pouvons rechercher ces données sera multipliée par dix », a déclaré Yagi.
L’une des exigences du prix CAREER est que les lauréats intègrent également des projets éducatifs et de sensibilisation communautaire dans leur travail, et une partie du financement créera des emplois pour les étudiants de premier cycle qui travailleront avec Yagi pour développer des logiciels éducatifs pour les étudiants du secondaire intéressés par la physique, ce qui , espère Yagi, inspirera la prochaine génération de scientifiques lauréats du prix Nobel.
Le défi de prouver les théories
À quel point cela nous rapprochera-t-il d’une théorie du tout ?
« Il reste encore beaucoup de problèmes à résoudre », a déclaré Yagi. « J’espère le voir de mon vivant, mais je ne veux pas être trop optimiste. »
« Prouver une théorie est presque impossible », a expliqué Yagi. « Il y aura toujours des erreurs de mesure dans toute expérience, mais nous allons continuer d’essayer de voir si nous trouvons des preuves pour réfuter la relativité générale. En même temps, nous ne cessons de découvrir à quel point cela semble beau et correct.
Le travail de Yagi et l’attention qu’il suscite ont suscité les éloges de ses collègues et des dirigeants de l’UVA.
« Des efforts considérables ont été récemment déployés pour mieux comprendre les ondes gravitationnelles, non seulement en tant que prédiction ou concept théorique, mais aussi pour pouvoir les détecter directement », a déclaré Phil Arras, président du département d’astronomie de l’UVA. «Cet effort a ouvert une toute nouvelle fenêtre sur l’univers et nous a donné une nouvelle façon de vérifier nos théories sur l’évolution des étoiles. Les recherches de Kent ont été très importantes pour notre compréhension de cela.
Despina Louca, présidente du département de physique de l’UVA, a qualifié Yagi d’astrophysicien très respecté doté d’un vaste portefeuille de recherche.
« Kent est un éducateur engagé et un mentor recherché dont le travail a eu un impact considérable dans plusieurs disciplines de la physique », a ajouté Louca. « Il ouvre la voie à l’utilisation de l’apprentissage automatique pour tester la relativité générale tout en explorant les propriétés astrophysiques des étoiles à neutrons, et son travail avec les étudiants de l’UVA qui créent des jeux en ligne intégrant la recherche et l’éducation inspirera les jeunes du monde entier. »
« Le travail du professeur Yagi est remarquable », a déclaré Christa Acampora, doyenne du Collège et de l’École supérieure des arts et des sciences. « Nous sommes fiers de l’avoir parmi nos professeurs, non seulement pour la reconnaissance qu’il reçoit à mesure qu’il avance dans ses études. limites de notre compréhension de l’univers, mais aussi pour son engagement en faveur de l’innovation dans l’enseignement STEM.
