https://bodybydarwin.com
Slider Image

בתוך הסימולציה הגדולה ביותר של היקום שנוצר אי פעם

2022

דמיין שתתבקש לפתור בעיה מורכבת של אלגברה שהיא בערך 95 אחוז משתנים ורק חמישה אחוזים ערכים ידועים. אולי זו אנלוגיה גסה, אך היא מציירת תמונה מדויקת למדי של המשימה שעומדת בפני הקוסמולוגים המודרניים. קו החשיבה הרווח אומר שהיקום מורכב ברובו מחומר אפל ואנרגיה אפלה, שתי ישויות מסתוריות שמעולם לא נצפו או נמדדו ישירות למרות שהמתמטיקה הקוסמולוגית מתעקשת שהן אמיתיות. אנו יכולים לראות את השפעותיהם הנתפסות, אך איננו יכולים לראות אותן ישירות - וכך איננו יכולים לראות את המבנה האמיתי של היקום שלנו.

וכך אנו יוצרים דוגמניות. מתישהו בחודש הבא, מחשב העל השלישי המהיר ביותר בעולם - המכונה מירה - ישלים בדיקות של התוכנה המשודרגת החדשה שלה ויתחיל להריץ את ההדמיות הקוסמולוגיות הגדולות ביותר שנערכו אי פעם במעבדה הארצית בארגונה. סימולציות אלה הן מסיביות, ולוקחות כמויות אדירות של נתונים מהדור האחרון של סקרי שמיים בעלי אמינות גבוהה ומרסקים אותם למודלים של היקום שהם גדולים יותר, ברזולוציה גבוהה יותר ומדוייקים יותר סטטיסטית מכל מה שקרה לפני כן. כשתסיים, על מדענים לקיים כמה הדמיות מדהימות באיכות גבוהה של מה שמכונה "הרשת הקוסמית" שמחברת את היקום כפי שאנו מבינים אותו. ויהיו להם את המודלים הסטטיסטיים הטובים ביותר של הקוסמוס שקוסמולוגים ראו אי פעם.

לרוב, אנו עושים זאת כדי שנוכל להפוך את הקבוצה האחרונה של נתוני סקר השמים למשהו משמעותי. מדענים מקווים שמודלים אלו יענו על כמה שאלות דחופות על חומר אפל, אנרגיה אפלה ועל המבנה הכללי של הקוסמוס. מסעירות במיוחד הן שאלות על אנרגיה אפלה, שלכאורה מניעה את ההתפשטות המואצת של היקום - ולמעשה, זה כמעט כל מה שאנחנו יודעים עליו.

"'אנרגיה אפלה' היא רק שורטור טכני לומר 'אין לנו מושג מה קורה'." "אנרגיה אפלה מבלבלת מכיוון שהיקום לא רק מתרחב - ידענו זאת כבר - אבל ההתרחבות הזו גם מאיצה וזה מאוד לא צפוי אומר סלמאן חביב, פיזיקאי במעבדה הלאומית ארגונה והחוקר הראשי בסימולציה של שמי מולטי-פטרופ בארגונה. "הגורם לתאוצה הזו הוא מה שאנשים מכנים 'אנרגיה אפלה', אבל זה רק שורטורק טכני על שאמרנו 'אין לנו מושג מה קורה'. "

הדמיות אלה מכוונות לשפוך מעט אור על ההתרחבות הזו שמתרחשת סביבנו. אך חשוב לא פחות, הם מכוונים להגדיר בדיוק את מה שלא קורה. יש הרבה תיאוריות על אנרגיה אפלה; זה יכול להיות סוג חדש של שדה ביקום שעוד לא גילינו, או מאפיין של כוח משיכה בקנה מידה גדול שאנחנו עדיין לא מבינים. זה יכול להיות טוויסט כלשהו בתורת היחסות הכללית שלא חשבנו עליהם. היבול האחרון של נתוני סקר שמיים ברזולוציה גבוהה אמור לאפשר לצוות ארגון לדגמן השפעות עדינות מאוד של אנרגיה אפלה על הקוסמוס, ובכך לאפשר הבנה עמוקה יותר של טבעה של האנרגיה האפלה עצמה. זה בתורו אמור לעזור לקוסמולוגים לשלול הסברים אפשריים - או אפילו שיעורי הסברים שלמים - כשהם מנסים לאפס תיאוריה מושלמת יותר לאופן בו היקום עובד.

אנחנו לא, כי אנחנו לא יכולים. אנחנו לא באמת יכולים להגדיר את גבולות היקום למטרות אלה, ומודלים ממוחשבים מטבעם זקוקים למערכת של אילוצים. אך אנו יכולים לדמות נתחים גדולים יותר וגדולים יותר של הקוסמוס בזכות קפיצות קבועות בכוח המחשוב ובסקרי שמיים טובים יותר ויותר, ומהסימולציות הגדולות והיותר ברזולוציה גבוהה יותר אנו יכולים להחיש דברים על היקום הגדול יותר. זה חשוב.

סימולציות כמו אלה המופעלות על מירה הועלו בעבר, אומרת קתרין הייטמן, חוקרת אחרת במעבדה הלאומית בארגונה וחוקרת שותפה של חביב בפרויקט הדמיית מירה, אך כעת אנו נכנסים למשטר בו עלינו להיות מדויקים יותר ויותר. "הדור הבא של הנתונים שחוזרים ממכשירי סקר השמיים המתוחכמים ביותר שיצרו אסטרונומים אי פעם - כמו מצלמת האנרגיה האפלה, למשל, שהשיגה אור ראשון רק בחודש שעבר - יכיל יותר נתונים (המשקפים מיליארדי גלקסיות נצפות) ופחות טעויות סטטיסטיות מובנות. לכן, בעוד שסימולציות קודמות כמו פרויקט סימולציה המילניום המופלא להפליא הניבו הדמיות ומודלים מצוינים של התפלגות החומר ברחבי הקוסמוס, מערכי הנתונים החדשים והטובים יותר אלו דורשים ארכיטקטורת מחשוב חדשה וטובה יותר כדי להתמודד איתם.

אנו יכולים לבנות ארכיטקטורות להתמודדות עם מערכי הנתונים החדשים הללו, בעיקר בזכות חוק מור. כל שלוש שנים לערך, מחשוב העל בסך הכל חווה עלייה של פי עשרה בכוח המחשוב. זה מאפשר למרכזי מחשב סופר-ארגוני כמו ארגון לבנות מכונות (או לשדרג ישנות) שיכולות להעלות בהרבה על מה שהיה ממש בחזית התחום לפני שנה-שנתיים בלבד. מערכת הפירה-פלפל 10 (זה עשרה חישובי רביעיות לשנייה) מערכת מירה היא דוגמא אחת לכך, והיא מירה שתאפשר לארגונה להריץ את הדמיות החומר האפל הגדול ביותר שבוצעו אי פעם.

מבחינה ויזואלית הם ייראו כך:

"promo_image": {// s1.dmcdn.net/Tud29/x240-dBF.jpg כותרות ": תיאור": מפיץ ":

ויזואליזציה זו באה מכמה בדיקות מקדימות של ארכיטקטורת המחשוב החדשה, המכונה HACC (עבור קוד קוסמולוגיה חומרה / היברידית - יותר על כך בהמשך). ומה שאתה מסתכל עליו הוא בעצם חסימת תלת מימד של היקום ואופן התפוצה של החומר לאורכו, על פי הנתונים שנאספו ממקורות סקר שמיים שונים.

"מה שאתה מסתכל עליו הוא הרשת הקוסמית שאומר חביב." אתה יכול לראות בבירור את החללים הגדולים האלה ואת החוטים האלה ואת הגושים האלה. מה שאתה באמת רואה זה צפיפות החומר. החלקים העקורים הם המקום בו הצפיפות היא הגבוהה ביותר, וכאן נמצאים הגלקסיות. "אי אפשר ממש לראות את הגלקסיות כאן - זהו ייצוג ולא מודל אופטי אמיתי. בגושים הקטנים ביותר יתכן ויהיו לא גלקסיות בשעה בכל הגושים הבינוניים יכול להיות אחד או יותר. הגושים הגדולים ביותר מייצגים אשכולות גלקסיות בהן עלולים להתגורר אלפי גלקסיות.

זהו מסגרת דוממת של הקוסמוס כפי שאנו רואים אותו כרגע, אך ההדמיות המיועדות למירה יבנו משהו יותר כמו סרט של היקום שחזר מיליארדי שנים אחורה כשהיקום היה צפוף בהרבה - כמו צפוף פי מיליון-- ממה שהוא עכשיו. לאחר מכן אסטרונומים יכולים לצפות בסרט זה בפרטי פרטים גדולים במיוחד כדי לראות כיצד היקום התפתח עם הזמן, ובכך לצפות בתפקידים של חומר אפל ובעיקר לאנרגיה אפלה ביצירת היקום הנוכחי שלנו. ומכיוון שמדובר במודל מחשב, הם יכולים לשחק עם הפרמטרים של היקום הווירטואלי הזה כדי לבחון את התיאוריות שלהם. אני מקווה שמירה תוכיח שכמה תיאוריות עומדות. לכל הפחות, זה אמור להוכיח כמה תיאוריות בלתי סבירות.

ראשית, הרזולוציה והפרטים חסרי התקדים שלו, שתיארנו בהרחבה למעלה. אך בכל הנוגע לעתיד של דוגמנות מחשב-על, גם ארכיטקטורת HACC חשובה ביותר. HACC פותח מאפס לפרויקט זה, והוא מותאם במיוחד עבור מירה. אך הוא תוכנן כך שניתן יהיה למטב אותו גם עבור מחשבי-על אחרים - ויישומי מחשב-על אחרים - נדיר עבור תוכנות מסוג זה.

למה? כל מחשב-על מעוצב בצורה קצת אחרת, ולכל אחד יש מוזרויות ודיסקרטיות משלו. בניגוד לתוכניות שנכתבו למחשבים שולחניים, למשל, תוכנה שנכתבה למחשבי-על נכתבת בדרך כלל עבור המכונה הספציפית בה היא תשמש. זה לא יעבוד בצורה אופטימלית (או בכלל) אם הוא יעבור למחשב אחר. כך שבכל פעם שמחשבי-על מזנקים קדימה דור, על פרויקט מחקר מתמשך לכתוב תוכנה חדשה למכונה חדשה. "במהלך עשור של פיתוח קוד יתכנו שלושה ארכיטקטורות מחשוב שונות שבאים והולכים. חביב אומר." אז זה הקסם של HACC. "

HACC אינו קסם כמו עיצוב חכם. הקמתו המודולרית פירושה שחלק מהתוכנה העומדת בבסיסה פועלת זהה בכל המכונות, כך שהרבה יותר קל להעביר אותה ממכונה אחת (או דור מכונה) לאחרת. היצירה האחרת היא מודול תוכנה לחיבור שניתן לייעל לכל מכונה מסוימת. זה מקטין באופן דרסטי את משך הזמן שחוקרים צריכים להשקיע בהמתנה על פיתוח קוד חדש לפני שהם דוחפים את המחקר שלהם קדימה. וכאשר מחשב חדש נכנס לרשת, כמו טיטאן החדש של המותג Oak Ridge National Labs החדש של 20 פטפלופ, זה פשוט יחסית עבור החוקרים ליישם במהירות קפיצות בכוח מחשוב על מחקרם.

אופיו הניתן להתאמה אישית, שניתן לבצע אופטימיזציה, פירושו של דבר, שניתן ליישם HACC על פרויקטים רבים של מחקר ולא רק על זה שהוא תוכנן במקור. ויוצרים רוצים ש- HACC ייפרץ. "אנחנו צוות קטן, כך שאנחנו לא באמת יכולים לנצל את כל היכולות המדעיות של הקוד הזה בעצמנו. אנחנו גם לא בהכרח רוצים שהחביב אומר על HACC, והוסיף" זה סוג של קוד שצוותים אחרים צריכים לכתוב, לא רק לקוסמולוגיה אלא ליישומים אחרים. "חביב, הייטמן ועמיתיהם רואים ב- HACC משאב קהילתי - לא רק במובן זה שהם מתכננים לחלוק את תוצאות הקוסמולוגיה שלהם בחופשיות עם הקהילה המדעית, אלא גם במובן זה תוכנה עצמה ניתנת לשינוי ולהתאמה לכל מספר של יישומי דוגמנות בתחומים אחרים.

לא. או לפחות האפשרות היא מאוד מאוד מרוחקת. אבל זה ישפיע על כמה תיאוריות קיימות, ישלח אחרים לערמת השלכת, ויתמקד אחרת את קו החשיבה הנוכחי וקווי התשאול העתידיים לכוחות מסתוריים אלה. ובסיכום, הדמיות אלה יסייעו לחוקרים להמשיך ולשכלל את הכלים בהם הם משתמשים כדי למנף את הפיצוץ המתמשך בכוח מחשבי העל לרווחים מדעיים משמעותיים. אם מירה תפתור את תעלומת האנרגיה האפלה בחודשים הקרובים, נופתע. נופתע באותה מידה אם זה לא ידחוף את תחום הקוסמולוגיה התיאורטית באופן קדימה. ואם HACC לא יעזור להאיץ את קצב מדעי מחשב העל בכלל, היינו המומים באותה מידה.

תיקון: גרסה קודמת של סיפור זה הצהירה שלא במדויק כי סלמאן חביב וקטרין הייטמן הם חוקרים במעבדה הלאומית של לוס אלמוס. הם מועסקים כיום במעבדה הארצית של ארגון. הסיפור תוקן כדי לשקף זאת.

האלמוגים צומחים בדפוסים, גם אם לא נוכל לראות אותם תמיד

האלמוגים צומחים בדפוסים, גם אם לא נוכל לראות אותם תמיד

עריכת גנים יכולה לסייע בחיסול ה- HIV

עריכת גנים יכולה לסייע בחיסול ה- HIV

מדענים מדברים נגד 'האלימות' הנדרשת לבניית הטלסקופ החדש הזה

מדענים מדברים נגד 'האלימות' הנדרשת לבניית הטלסקופ החדש הזה