Sử dụng AI để cảm nhận vũ trụ sâu sắc hơn

Khoa học

November 10, 2025
4 min read

Sử dụng AI để cảm nhận vũ trụ sâu sắc hơn — Khoa học

Sử dụng AI để nhìn nhận vũ trụ sâu sắc hơn

Đo lường xuyên vũ trụ

LIGO sử dụng sự giao thoa của ánh sáng laser để đo lường các đặc tính của sóng hấp dẫn. Bằng cách nghiên cứu những đặc tính này, các nhà khoa học có thể xác định nguyên nhân và nguồn gốc của chúng. Đài quan sát này sử dụng các chùm tia laser phản xạ lẫn nhau giữa các cặp gương đặt cách nhau 4 km, được đặt trong các buồng chân không lớn nhất thế giới.

Giảm nhiễu và ổn định hệ thống

Điều này đòi hỏi một hệ thống cách ly cơ học thụ động và một hệ thống điều khiển khác để chủ động triệt tiêu các rung động. Nếu điều khiển quá ít, gương sẽ bị rung lắc, làm cho việc đo lường trở nên bất khả thi. Tuy nhiên, nếu điều khiển quá nhiều lại khuếch đại rung động trong hệ thống, thay vì triệt tiêu chúng, làm át đi tín hiệu ở một số dải tần số nhất định.

Những rung động này, được gọi là “nhiễu điều khiển”, là một yếu tố cản trở nghiêm trọng đối với việc cải thiện khả năng quan sát vũ trụ của LIGO. Nhóm của chúng tôi đã thiết kế Deep Loop Shaping để vượt qua các phương pháp truyền thống, như các phương pháp thiết kế điều khiển tuyến tính hiện đang được áp dụng, nhằm loại bỏ bộ điều khiển như một nguyên nhân gây nhiễu đáng kể.

Một hệ thống điều khiển hiệu quả hơn

Deep Loop Shaping tận dụng phương pháp học tăng cường bằng cách sử dụng phần thưởng trong miền tần số và vượt trội hơn hiệu suất điều khiển phản hồi tiên tiến nhất.

Trong một môi trường mô phỏng LIGO, chúng tôi đã huấn luyện một bộ điều khiển nhằm tránh khuếch đại nhiễu trong dải tần quan sát được sử dụng để đo lường sóng hấp dẫn — dải tần mà chúng tôi cần gương đứng yên để quan sát các sự kiện như sự hợp nhất lỗ đen có khối lượng lên tới vài trăm lần khối lượng Mặt Trời.

Hiệu suất mạnh mẽ trên cả mô phỏng và phần cứng

Chúng tôi đã thử nghiệm bộ điều khiển của mình trên hệ thống LIGO thực tế tại Livingston, Louisiana, Hoa Kỳ — và nhận thấy rằng chúng hoạt động tốt trên phần cứng như trong mô phỏng.

Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng Deep Loop Shaping kiểm soát nhiễu tốt hơn tới 30-100 lần so với các bộ điều khiển hiện có, và lần đầu tiên nó đã loại bỏ vòng lặp phản hồi không ổn định và khó khăn nhất khỏi hệ thống LIGO như một nguồn gây nhiễu đáng kể.

Trong các thử nghiệm lặp đi lặp lại, chúng tôi đã xác nhận rằng bộ điều khiển của chúng tôi giúp hệ thống của đài quan sát ổn định trong thời gian dài.

Hiểu rõ hơn về bản chất của vũ trụ

Deep Loop Shaping đã vượt qua các giới hạn hiện tại trong lĩnh vực vật lý thiên văn bằng cách giải quyết một yếu tố cản trở quan trọng đối với việc nghiên cứu sóng hấp dẫn.

Việc áp dụng Deep Loop Shaping cho toàn bộ hệ thống điều khiển gương của LIGO có tiềm năng loại bỏ nhiễu từ chính hệ thống điều khiển, mở đường cho việc mở rộng phạm vi vũ trụ mà nó có thể quan sát được.

Ngoài việc cải thiện đáng kể khả năng đo lường các nguồn xa hơn và mờ hơn của các đài quan sát sóng hấp dẫn hiện có, chúng tôi kỳ vọng công trình của mình sẽ ảnh hưởng đến thiết kế của các đài quan sát trong tương lai, cả trên Trái Đất và trong không gian — và cuối cùng là giúp kết nối các mắt xích còn thiếu xuyên suốt vũ trụ lần đầu tiên.

Tìm hiểu thêm về công việc của chúng tôi

Lời cảm ơn

Nghiên cứu này được thực hiện bởi Jonas Buchli, Brendan Tracey, Tomislav Andric, Christopher Wipf, Yu Him Justin Chiu, Matthias Lochbrunner, Craig Donner, Rana X Adhikari, Jan Harms, Iain Barr, Roland Hafner, Andrea Huber, Abbas Abdolmaleki, Charlie Beattie, Joseph Betzwieser, Serkan Cabi, Jonas Degrave, Yuzhu Dong, Leslie Fritz, Anchal Gupta, Oliver Groth, Sandy Huang, Tamara Norman, Hannah Openshaw, Jameson Rollins, Greg Thornton, George van den Driessche, Markus Wulfmeier, Pushmeet Kohli, Martin Riedmiller và là sự hợp tác của LIGO, Caltech, GSSI và GDM.

Chúng tôi muốn cảm ơn đội ngũ kỹ thuật LIGO tuyệt vời vì những nỗ lực không ngừng nghỉ trong việc vận hành các đài quan sát và hỗ trợ các thí nghiệm của chúng tôi.

AI Today - SkyAI