Ένας υπερυρπολογιστής στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge των ΗΠΑ, μόλις δημιούργησε τη μεγαλύτερη προσομοίωση του Σύμπαντος, που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα. Οι φυσικοί χρησιμοποίησαν 9.000 υπολογιστικούς κόμβους του υπερυπολογιστή Frontier για να προσομοιώσουν έναν τεράστιο όγκο του διαστελλόμενου Σύμπαντος, που μετράει πάνω από 31 δισεκατομμύρια κυνικά megaparsec.
Τα αποτελέσματα του έργου, γνωστό ως ExaSky, θα βοηθήσουν αστροφυσικούς και κοσμολόγους να κατανοήσουν την εξέλιξη και την φυσική του Σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένων και της σκοτεινής ύλης.
«Υπάρχουν δύο συστατικά στο Σύμπαν: η σκοτεινή ύλη – η οποία από όσο γνωρίζουμε, αλληλοεπιδρά μόνο βαρυτικά – και η συμβατική ύλη ή η ατομική ύλη», εξηγεί ο φυσικός Salman Habib του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne στις ΗΠΑ, ο οποίος ηγήθηκε της προσπάθειας.
«Επομένως, αν θέλουμε να μάθουμε τι κάνει το Σύμπαν, πρέπει να προσομοιώσουμε και τα δύο αυτά πράγματα: τη βαρύτητα καθώς και όλη την άλλη φυσική, συμπεριλαμβανομένου του καυτού αερίου, και το σχηματισμό άστρων, μαύρων τρυπών και γαλαξιών, την αστροφυσική». Αυτές οι προσομοιώσεις είναι αυτό που ονομάζουμε προσομοιώσεις κοσμολογικής υδροδυναμικής».
Όταν κοιτάμε μέσα από το διάστημα, σε δισεκατομμύρια έτη φωτός, κοιτάμε παράλληλα μέσα στον χρόνο και το παρελθόν. Ως εκ τούτου, είμαστε σε θέση να συνθέσουμε μια εικόνα του πώς εξελίχθηκε το Σύμπαν. Αλλά ο χρόνος που χρειάζονται για να αλλάξουν τα πράγματα σε κοσμική κλίμακα είναι τεράστιος και δεν μπορούμε να δούμε αυτές τις αλλαγές να λαμβάνουν χώρα σε πραγματικό χρόνο.
Οι προσομοιώσεις είναι αυτή τη στιγμή το καλύτερο εργαλείο που έχουμε για να καταλάβουμε πως εξελίχθηκε το Σύμπαν. Μέσα σε μια προσομοίωση του Σύμπαντος, μπορούμε να επιταχύνουμε το χρόνο, να τον γυρίσουμε προς τα πίσω και να κάνουμε μεγέθυνση ή σμίκρυνση τον χώρο. Γενικά, μπορούμε να κάνουμε και να δούμε τα πάντα, στις τεράστιες εκτάσεις του.
Ακούγεται απλό, αλλά δεν είναι. Ο χώρος είναι τεράστιος και εξαιρετικά περίπλοκος. Χρειάζονται πολλά εξελιγμένα μαθηματικά και ένας εξαιρετικά ισχυρός υπερυπολογιστής. Ακόμη και τότε, υπάρχουν πολλά πράγματα που μπορεί να πρέπει να παραμείνουν εκτός για χάρη της αποτελεσματικότητας. Οι προηγούμενες προσομοιώσεις έπρεπε να αφήσουν εκτός πολλές μεταβλητές που συνθέτουν μια υδροδυναμική προσομοίωση. Αυτή η προσομοίωση του Σύμπαντος έχει συμπεριλάβει τρομερά πολλές μεταβλητές!
«Αν προσομοιώναμε ένα μεγάλο κομμάτι του σύμπαντος που ερευνήθηκε από ένα από τα μεγάλα τηλεσκόπια όπως το Αστεροσκοπείο Rubin στη Χιλή, μιλάμε για την εξέταση τεράστιων τμημάτων χρόνου – δισεκατομμυρίων ετών διαστολής», λέει ο Habib . «Μέχρι πρόσφατα, δεν μπορούσαμε καν να φανταστούμε να κάνουμε μια τόσο μεγάλη προσομοίωση όπως αυτή, εκτός από την προσέγγιση μόνο με τη βαρύτητα».
Χρειάστηκαν χρόνια για να τελειοποιηθούν οι αλγόριθμοι, τα μαθηματικά και ο κώδικας Επιταχυνόμενης Κοσμολογίας Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology που απαιτούνται για την εκτέλεση της προσομοίωσης ExaSky.
Όμως, με τις τελευταίες αναβαθμίσεις που έγιναν στον Frontier, έγινε ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο και η ομάδα μπόρεσε να αυξήσει το μέγεθος της προσομοίωσης, ώστε να μοντελοποιήσει την επέκταση του Σύμπαντος.
Θα περάσει λίγος χρόνος μέχρι να δούμε οποιεσδήποτε δημοσιευμένες αναλύσεις που βασίζονται στην προσομοίωση, αλλά μπορείτε να απολαύσετε ένα μικρό teaser. Ένα βίντεο που κυκλοφόρησε η ομάδα δείχνει ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών να ενώνονται σε έναν όγκο διαστήματος που έχει διαστάσεις 64 επί 64 επί 76 megaparsecs ή 311.296 κυβικά megaparsecs.
Τελείωσαν τον καρκίνο με Covid
Πρόκειται για μια απίστευτα μεγάλη περιοχή του Σύμπαντος, που όμως αντιπροσωπεύει μόλις το 0.001% της συνολικής προσομοίωσης. Αυτό σημαίνει πως σύντομα θα μπορούμε να δούμε μερικά εντυπωσιακά αποτελέσματα και ευρήματα στο μέλλον.
«Δεν είναι μόνο το τεράστιο μέγεθος του φυσικού τομέα, το οποίο είναι απαραίτητο για να γίνει άμεση σύγκριση με τις σύγχρονες παρατηρήσεις έρευνας που ενεργοποιούνται από το exascale computing», λέει ο αστροφυσικός Bronson Messer του Εθνικού Εργαστηρίου Oak Ridge.
“Είναι επίσης ο πρόσθετος φυσικός ρεαλισμός της συμπερίληψης των βαρυονίων και όλη η άλλη δυναμική φυσική που κάνει αυτή την προσομοίωση ένα πραγματικό κατόρθωμα για το Frontier.”
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
