تبلیغات
حقیقت ریاضی - الگوی ریاضی جدید به پژوهش در زمینه بیگ بنگ به وسیله ابررایانه کمک میکند

بهار می آید تا بگوید اگر نمی توان همیشه سبز ماند، میشود دوباره سبز شد.

محمد روحی کریمی

جستجو

 

الگوی ریاضی جدید به پژوهش در زمینه بیگ بنگ به وسیله ابررایانه کمک میکند

یکشنبه 11 بهمن 1388   02:50 ب.ظ


نوع مطلب : کاربردهای ریاضیات ،ریاضیات در آیینه اخبار ،

دانشمندان کشف های بسیاری در مورد جهان 13 میلیارد ساله ما انجام داده اند، اما بسیاری از اسرار علمی باقی مانده است. دقیقا چه دورانی از بیگ بنگ که به سرعت فرآیندهای فیزیکی تکامل، در مسیر تشکیل ستارگان گام می گذاشت، ستارگان و کهکشان ها تشکیل شدند؟

دانیل ر. رینولدز، استادیار ریاضی در دانشگاه  Southern Methodist University می گوید: در حال حاضر ابررایانه های مورد استفاده اخترفیزیکدان ها برای شبیه سازی بیگ بنگ یک ابزار ریاضی جدید به منظور پاسخگویی به این رازها در اختیار دارند.

رینولدز با اخترشناسان در دانشگاه کالیفرنیا در سن دیه گو به عنوان بخشی از یک طرح بنیادی علوم ملی برای شبیه سازی یونیزاسیون کیهانی، زمانی بین 380 هزار تا 400 میلیون سال بعد از تولد جهان، همکاری میکند.

دانشمندان کشف های بسیاری در مورد جهان 13 میلیارد ساله ما انجام داده اند، اما بسیاری از اسرار علمی باقی مانده است. دقیقا چه دورانی از بیگ بنگ که به سرعت فرآیندهای فیزیکی تکامل، در مسیر تشکیل ستارگان گام می گذاشت، ستارگان و کهکشان ها تشکیل شدند؟

دانیل ر. رینولدز، استادیار ریاضی در دانشگاه  Southern Methodist University می گوید: در حال حاضر ابررایانه های مورد استفاده اخترفیزیکدان ها برای شبیه سازی بیگ بنگ یک ابزار ریاضی جدید به منظور پاسخگویی به این رازها در اختیار دارند.

رینولدز با اخترشناسان در دانشگاه کالیفرنیا در سن دیه گو به عنوان بخشی از یک طرح بنیادی علوم ملی برای شبیه سازی یونیزاسیون کیهانی، زمانی بین 380 هزار تا 400 میلیون سال بعد از تولد جهان، همکاری میکند.

دانشمندان با کمک یکدیگر یک الگوی رایانه ای برای شبیه سازی وقایع دوران موسوم به " قرون تاریک " ساختند، عصری که اولین ستارگان شروع به تششع کردند و باعث تغییر در ماده اطراف شان شدند که قابلیت عبور نور ازمیان خود را پیدا کنند.

رینولدز می گوید: الگو ریاضی جدید تعداد زیادی از فرآیندهای فیزیک مانند حرکت گازها، تابش، سینتیک شیمیایی و شتاب گرانش به علت خوشه ستاره ای و دینامیک ماده تاریک که در طول یونیزاسیون کیهانی رخ می دهند را به یکدیگر محکم پیوند می زند.

ویژگی کلیدی الگو که آن را در رقابت با دیگر نمونه ها متمایز می کند آن است که پژوهشگر می تواند بر روی اجرای یک پیوند محکم میان فرآیندهای متفاوت فیزیکی در الگو متمرکز شود. رینولدز میگوید: به دلیل پیوند شدید این فرآیندها با یکدیگر ناگزیر از به کارگیری روش های محاسباتی هستیم، الگوی جدید به ما اجاز می دهد یک شبیه سازی با دقت بسیار بالا تولید کنیم، این الگوی جدید دارای پایداری عددی و مقیاس های محاسباتی برای بزرگترین ابررایانه های قابل دسترس است.

آنها تحقیقات خود را در نشست اختر فیزیک تگزاس در دانشگاه در اواخر اکتبر 2009 ارائه دادند. پژوهش ریاضی رینولدز نیز با عنوان " خودحلی پرتوی کیهانی، هیدرودینامیک و یونیزاسیون شیمیایی" در شماره اکتبر مجله فیزیک محاسباتی منتشر شد.

معمولا الگوهای شبیه سازی از یک بسته نرم افزاری پیچیده از معادلات ریاضی که نمایشگر فرآیندهای فیزیکی اند تشکیل شده است. معادلات برای بازتاب تراکنش فرآیندهای فیزیکی یکجا جمع شده اند. فقط ابررایانه ها می توانند به طور همزمان این معادلات را حل کنند. بصیرت علمی و خلاقیت هنگام توسعه الگوی پایه و معادلات به وسیله بهترین پارامترها به میدان می آیند. با تغییر متغیرها می توان حالت های مختلفی که می تواند رخ دهد را توضیح داد.

هدف از توسعه یک الگوی شبیه سازی آن است که نتایجی بسیار نزدیک به آنچه تلسکوپ ها مشاهده می کنند ارائه دهد و جهانی شبیه آنچه که اکنون ما داریم را پیش بینی کند. اگر چنین اتفاقی بیافتد، دانشمندان مجموعه فرآیندهای فیزیکی که منجر به تولد جهان شده است را از لحظه ای به بعد می توانند کشف کنند.

فرآیندهای فیزیکی شامل حرارت گازهای مختلف، بقای جرم، بقای حرکت، بقای انرژی، گسترش جهان، تابش و یونیزاسیون شیمیایی گونه های مختلف مانند هلیم و هیدروژن ( عناصر اولیه آغاز جهان ) است. یک معادله اضافی که در پس زمینه در حال اجرا است دینامیک ماده تاریک ( که اکثر حجم جهان را در بر گرفته است) که به دلیل گرانش افزوده شده و کمک به شکل گیری ستاره ها، سیاره ها و شکل جهان به آن نسبت داده می شود را توضیح داده و مطابق الگو قرار می دهد.

رینولدز می گوید: ابررایانه ها بسیار بزرگ هستند، آنها مقدار زیادی داده می گیرند، شما می توانید مدلی بسازید که در یک زمان با تعداد بسیار زیادی از فرآیندها کار میکند. بسیاری از این فرآیندها غیر خطی هستند. هنگامی که آنها کنار هم قرار میگیرند همدیگر را مهار میکنند، با هم به صورت اشتراکی کار می کنند و در نهایت شما هنگامی که آنها را کنار هم قرار می دهید با فرآیندهای بسیار متفاوتی روبرو می شوید.

رینولدز می گوید: در اثر یک نتیجه مستقیم از جفت شدگی که دانشمندان در مدل خود به اجرا گذارده اند، دستگاه ایجاد شده بسیار پیچیده تر از آن است که توسط الگوهای دیگر حل شود.

او میگوید: مقاله شرح میدهد که ما چگونه الگوی توأم را شکل دادیم و همچنین الگوهای ریاضی که ما را قادر به حل دستگاه های معادلات نتایج می سازد را نیز توضیح میدهد. وی می گوید: این شرح شامل روش هایی است که با دقت، مقیاس زمانی هر فرآیند را پی گیری می کند، مقیاسی که غالبا در مرتبه های بزرگی بسیار بالا اتفاق می افتد. با این حال شاید مهمترین سهم از این مقاله، توضیحات ما در این زمینه باشد که ما چگونه تعامل پیچیده از الگویهای مختلف را به عنوان یک مسئله غیر خطی با میلیادرها معادله و ناشناخته توسط الگوریتم جدیدی که برای نسل بعدی ابررایانه ها طراحی شده است حل کردیم.


منبع اصلی این مقاله را میتوانید در این جا ببینید

 


نوشته شده توسط : محمد روحی کریمی