Cosa hanno le pulsar, quasar, la materia oscura e l'energia oscura hanno avuto in comune? Risposta:ognuno di loro ha colto di sorpresa lo scopritore. Mentre gran parte della scienza avanza con attenzione e metodicamente, la maggior parte delle scoperte astronomiche davvero spettacolari sono inaspettate.

Molti dei nostri telescopi sono costruiti per scoprire le incognite conosciute:le cose che sappiamo non sappiamo, come identificare le cose che compongono la materia oscura.

Ma le vere scoperte sono le incognite sconosciute. Queste sono le cose che non sospettiamo nemmeno siano là fuori finché non le troviamo per caso.

Per esempio, delle dieci più grandi scoperte del telescopio spaziale Hubble, solo uno presente nella proposta utilizzata per giustificarne la costruzione e il lancio. Quella, misurare il tasso di espansione dell'universo, è un noto sconosciuto.

In altre parole, avevamo una domanda su qualcosa che sapevamo, e abbiamo pensato che Hubble potesse rispondere alla domanda. La maggior parte delle altre scoperte sono sconosciute sconosciute:non sapevamo cosa fossero finché non ci siamo imbattuti in esse.

Includono la scoperta dell'energia oscura, l'unica scoperta di Hubble (finora) a vincere un premio Nobel, nel 2011.

Una scoperta casuale

Considera le pulsar. Sono stati scoperti negli anni '60 quando un giovane e brillante studente di dottorato nel Regno Unito, Jocelyn Bell Burnell, stava studiando lo scintillio delle onde radio da parte degli elettroni nello spazio (un noto sconosciuto).

Ha notato strani frammenti di quelli che ha chiamato "pezzi di scruff" sul suo registratore grafico, e si rese conto che erano qualcosa di molto più sorprendente della semplice interferenza del trattore, e così scoprì le pulsar – uno sconosciuto sconosciuto – per il quale il suo supervisore Antony Hewish vinse il premio Nobel per la fisica nel 1974.

Allora come ha fatto quella scoperta?

Oltre ad essere un brillante, persistente, studente dalla mentalità aperta, Bell Burnell stava anche osservando l'universo in un modo in cui non era mai stato osservato prima. Osservando i rapidi cambiamenti nelle onde radio, stava osservando l'universo usando un parametro – in questo caso osservazioni su una scala temporale breve – che non era stato usato prima.

Altre scoperte accadono quando le persone osservano con un parametro diverso, come svenimento, o area di cielo, che non è stato osservato prima. Insieme, questi parametri costituiscono il nostro spazio dei parametri.

La maggior parte delle scoperte astronomiche più importanti sembra avvenire quando qualcuno osserva una nuova parte dello spazio dei parametri; osservando l'universo in un modo che non è mai stato osservato prima.

Questo nuovo modo potrebbe consistere nel guardare più in profondità, o con una risoluzione migliore, o su scala più ampia, o forse solo vedere molto di più dell'universo. È probabile che l'estensione di uno di questi parametri nelle loro regioni inesplorate porti a una scoperta inaspettata.

In questo momento si stanno costruendo diversi telescopi di nuova generazione, andando coraggiosamente dove nessun telescopio è mai arrivato prima. Espanderanno significativamente il volume dello spazio dei parametri osservativi, e dovrebbe in linea di principio scoprire nuovi fenomeni inaspettati e nuovi tipi di oggetti.

Per esempio, Il telescopio ASKAP da 165 milioni di dollari del CSIRO, ormai in via di completamento, sta esplorando diverse aree dello spazio parametrico inesplorato, con un'eccellente possibilità di imbattersi in un'importante scoperta inaspettata che potrebbe scuotere il mondo scientifico.

Ma lo riconosceremo quando lo vedremo? Probabilmente no.

Bell Burnell ha scoperto le pulsar setacciando faticosamente tutti i suoi dati, e ha notato una piccola anomalia che non si adattava alla sua comprensione del telescopio.

Quanti dati?

Se Bell Burnell stesse osservando con ASKAP, dovrebbe setacciare circa 80 petabyte di dati all'anno, da una macchina così complessa che nessuno ne comprende veramente ogni parte. Scusate, nemmeno il cervello di Bell Burnell è all'altezza del compito di setacciare quella quantità di dati.

Non possiamo assolutamente esaminare tutti quei dati a occhio. Quindi il modo in cui facciamo la nostra scienza è che decidiamo sulla domanda scientifica che ci stiamo ponendo, e trasformarlo in una query di dati.

Quindi estraiamo il database alla ricerca di quei bit di dati che risponderanno alla nostra domanda.

Questo è un modo molto efficiente per rispondere alle incognite conosciute. Purtroppo, è inutile a trovare le incognite sconosciute. Riceviamo solo risposte alle domande che ci poniamo, e non alle domande che non sapevamo di dover fare.

Ora ricordi la serie di fantascienza/fantasy Guida per gli autostoppisti della galassia dell'autore Douglas Adams? Quando un computer gigante, Pensiero profondo, trovato la risposta a "vita, l'universo, e tutto" per essere 42, un altro, ancora più grande, computer doveva essere costruito per scoprire quale fosse la vera domanda.

Quindi possiamo progettare una macchina, o un software, replicare il cervello di Bell Burnell nel rilevare incognite sconosciute ma lavorando comodamente con petabyte di dati e telescopi incredibilmente complessi?

WTF verso l'ignoto

penso che possiamo, e abbiamo già avviato il progetto WTF, che sta per Widefield Outlier Finder, con i progressi finora pubblicati solo il mese scorso. La macchina WTF vaglierà i petabyte di dati, cercando qualcosa di inaspettato, senza sapere esattamente cosa sta cercando.

Il trucco è usare tecniche di apprendimento automatico, dove insegniamo al software tutte le cose che sappiamo, e poi chiedigli di trovare cose di cui non sappiamo.

Per esempio, potrebbe tracciare un grafico della luminosità radio rispetto al colore ottico. Su quel grafico, troverebbe un gruppo di quasar raggruppati insieme, un altro ammasso di galassie come la Via Lattea, e così via.

Forse troverà un altro gruppo di oggetti che non ci aspettavamo e di cui non sapevamo. Il nostro misero cervello non potrebbe fare altro che una piccola ammaccatura in tutti i possibili grafici che devono essere tracciati, ma WTF prenderà questi nel suo passo.

Questo processo non sarà facile. All'inizio, WTF probabilmente mostrerà cose che abbiamo dimenticato di dirlo, e troverà anche interferenze radio e artefatti strumentali.

Man mano che gli insegniamo gradualmente cosa sono, comincerà a riconoscere oggetti e fenomeni veramente nuovi. Più significativamente, inizierà a imparare cose nuove dai dati che sono resi invisibili al nostro cervello dalla loro pura complessità multidimensionale, ma sarà acqua al mulino per WTF.

Ci aspettiamo che WTF diventi più intelligente di noi, in grado di trovare quelle rare scoperte sepolte nei dati. Forse WTF potrebbe persino vincere il primo premio Nobel non umano.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.