Pazartesi, Mart 4, 2024
Ana Sayfa Bilim Minyatür Bir Evren Mümkün mü?

Minyatür Bir Evren Mümkün mü?

– Advertisement –

Michael Wagman'ın çalışmalarında örneklendiği gibi evreni simüle etme yolculuğu, bu alandaki hem tarihsel evrimi hem de çağdaş zorlukları vurgulamaktadır. Tam simülasyona ulaşmak mümkün olmasa da, hesaplama ve algoritmalardaki gelişmeler, kozmik olaylara ilişkin anlayışımızı giderek geliştiriyor.
Michael Wagman’ın çalışmalarında örneklendiği gibi evreni simüle etme yolculuğu, bu alandaki hem tarihsel evrimi hem de çağdaş zorlukları vurgulamaktadır. Tam simülasyona ulaşmak mümkün olmasa da, hesaplama ve algoritmalardaki gelişmeler, kozmik olaylara ilişkin anlayışımızı giderek geliştiriyor.

Evrendeki en büyük soruların tümüne bir bilgisayarın yanıt vermesi güzel olmaz mıydı?

2013 yılında yüksek lisans eğitiminin ilk yılında Michael Wagman danışmanının ofisine girdi ve “Evreni simüle etmeme yardım edebilir misin?” diye sordu.

Wagman, teorik fizikçi ve yardımcı bilim insanı. ABD Enerji Bakanlığı’nın Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, bunun sorulması makul bir soru gibi göründüğünü düşündüm. “Dünyanın nasıl işlediğini düşündüğümüze dair tüm bu güzel teorik açıklamalara sahibiz, bu yüzden bu resmi fizik yasalarını günlük gerçeklik deneyimime bağlamayı denemek istedim” diyor.

Wagman, soruya yanıt olarak danışmanının kıkırdadığını söyledi. Evreni simüle etmek imkansızdır. Çok fazla değişken var; anlamadığımız çok şey var.

Ancak bilgisayarları herhangi bir şeye benzeyen her şeyi simüle etmek için kullanabileceğimiz gerçeği kesinlik sadece bir asır önceki teknoloji açısından devasa bir sıçramadır. Wagman gibi bilim adamlarının evrenin altında yatan kodu çözme arayışlarında kararlı kalmalarının nedeni budur.

Bu yıl yayınlanan Londra Üniversitesi Koleji (UCL) kozmoloji profesörü Andrew Pontzen, insanlığın zaman içinde evrenin simülasyonuna doğru ilerleyişini haritalandırarak bu çabaları destekliyor.

Bilgisayar Simülasyonlarının Tarihi

Pontzen, simülasyonların bir nevi varsayımsal deneylere benzediğini söylüyor. “Programladığımız bilgisayarların içinde (bizim durumumuzda belirli fizik yasalarıyla) varsayımsal durumlar kuruyoruz ve sonra bilgisayardan bu durumun sonucunu bulmasını istiyoruz. Bundan sonra ne olmalı?”

Meraklı beyinlerin antik çağlardan beri simülasyonları bu şekilde uyguladığını söylüyor. 2000 yıldan daha uzun bir süre önce, eski Yunanlılar, tutulmalar gibi astronomik olayların oluşumunu hesaplamak için Antikythera Mekanizması adı verilen bir tür ilkel bilgisayar kullandılar.

Ancak belki de daha modern bir simülasyon kavramının ilk sözü, İngiliz matematikçi ve hesaplamanın öncüsü Ada Lovelace’in yazılarında ortaya çıkıyor. 19. yüzyılın ortalarında Lovelace, Analitik Motor adı verilen modern bilgisayarın öncüsünü tasavvur eden İngiliz bilgin ve mucit Charles Babbage ile birlikte çalıştı. Bunu yapmayı tam olarak başaramadı ama amacı, kart şeritleri üzerinde kendisine verilen kodlanmış talimatları değiştirerek sonsuz çeşitlilikte hesaplamalar gerçekleştirebilen bir makine yaratmaktı.

Pontzen, Lovelace’in Analitik Motorun potansiyelini fark ettiğini söylüyor. “Bu makinenin uzun süre dayanabileceği gerçeğini yazdı [theoretical] bilimi soyut denklemlerin peşinde olmaktan çıkarıp bunu çok daha pratik bir şeye dönüştürüyoruz.”

Yirminci yüzyılın başlarında, matematikçi ve meteorolog Lewis Fry Richardson, hava durumunu tahmin eden simülasyonlar üretmek için birlikte hesaplama yapan matematikçilerle dolu dev bir amfitiyatro inşa etmeyi önerdi. Pontzen, “Malzemelerin nasıl davrandığını açıklayan fizik denklemlerinin Dünya atmosferindeki malzemeye uygulanabileceğine inanıyordu” diyor. “Aslında günümüzde modern hava durumu simülasyonlarının yaptığı da budur.”

Kozmoloji alanını geliştiren bilgisayar simülasyonlarının en eski örneklerinden biri, 1960’ların sonlarında Beatrice Tinsley’in çalışmalarından gelmektedir. Tinsley, bir gökbilimci ve kozmolog (ve üniversitedeki ilk kadın astronomi profesörü) Yale Üniversitesi), bilim adamlarının uzak galaksileri görüntülerken yalnızca zamanda geriye bakmadıklarını, aynı zamanda bu uzak galaksilerden gelen ışığın, bu galaksiler olgunlaştıkça değişmesi gerektiğini göstermek için simülasyonlar kullandı. Bu yaşlanma etkisi, kozmologların evrene ilişkin ilk haritalarının yorumunu değiştirdi.

Pontzen, “Bugünün standartlarına göre çok ilkel kabul edilebilecek, ancak yine de tanınabilir simülasyonlar olan bu simülasyonları oluşturdu ve burada evren hakkında bildiklerimiz göz önüne alındığında, uzak ve yakın galaksilerin çok farklı olduğunu gösterdi” diyor. “Ve bir bakıma o zamandan bu yana yaptığımız her şey, galaksilerin zamanla çok fazla değiştiği fikrini kemiklerine oturtmak oldu.”

Kozmik Bir Sorunu Parçalamak

Bilim insanları henüz evrenin tüm evrimini simüle edemese de, karanlık madde ve karanlık enerji gibi doğrudan tespit edemedikleri olaylar hakkında bilgi edinmek için simülasyonları kullanmayı başardılar.

“Veriler Hubble uzay teleskobuÖrneğin, bize evrenin artan bir hızla genişlediğini söyledi,” diyor Pontzen, karanlık enerjiye atfedilen bir olgu. “Çok heyecan vericiydi ama aslında tamamen sürpriz değildi çünkü simülasyonlar bunun muhtemelen doğru olduğunu zaten göstermişti.”

Kozmologlar ve fizikçiler evrenin kozmik zaman içinde nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için simülasyonlardan yararlanıyor: Bazı yapılar nasıl oluşuyor? Tipik galaksiler nasıl gelişir?

Evrenin belirli yönlerini simüle etmek kesinlikle faydalıdır, ancak evrenin nasıl çalıştığına dair daha büyük resmi sadece tek bir yöne bakarak anlamak imkansızdır, diyor teorik fizikçi ve araştırma görevlisi Dorota Grabowska Washington Üniversitesi.

Grabowska, “Evrenin erken dönem dinamikleri hakkında hala birçok sorumuz var ve bunun belirli bileşenlerini nasıl hesaplayacağımızı anlamak gerçekten zor” diyor. “Evrenin var olduğu başlangıç ​​durumunu koysaydım, sonra da zamanla doğal olarak gelişmesine izin verip bazı ölçümler alsaydım çok daha kolay olurdu. Ancak birçok nedenden dolayı bunu yapmak gerçekten zor.”

Zorluklardan biri, Parçacık Fiziğinin Standart Modeli’nin doğanın dört temel kuvvetinden üçünü (elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet ve güçlü kuvvet) açıklaması, ancak dördüncüsü olan yerçekimini açıklayamamasıdır.

Wagman, “Yerçekimini nasıl simüle edeceğimizi bilmiyoruz” diyor. “Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi ve Newton’un Yerçekimi Yasasının düşük enerjilerde çok iyi çalışan iyi yaklaşımlar olduğunu biliyoruz, ancak ultra yüksek enerji durumları hakkında sorular sormaya çalıştığınızda bunlara ilişkin matematik çöküyor.” koşulları olarak Büyük patlama.

Diğer üç kuvveti de simüle etmek kesinlikle kolay değil.

Örneğin güçlü kuvvet, protonları ve nötronları oluşturan temel parçacıkların etkileşimlerini yönetir. Kuantum kromodinamiği veya QCD tarafından tanımlanan bu etkileşimler o kadar güçlü bir şekilde birbirine bağlıdır ki, hangi yönlerin diğerlerinden daha önemli olabileceğine dair, yaklaşık tahminlerin yapılmasına bile izin verecek net bir tanımlama yoktur. Grabowska, “Bunu hesaplamak için kullandığımız kalem ve kağıt yöntemlerinin çoğu işe yaramıyor çünkü yaklaşık tahminler yapamıyoruz” diyor.

Bunu aşmak için bilim insanları kuantum hesaplama Çeşitli sonuçların olasılıklarını ortaya çıkaran istatistiksel örneklemeyi kullanarak sayısal simülasyonlar yürütmek; ancak yalnızca gerçeklikten farklı bir zaman ölçeğinde. Grabowska, “Bu, QCD’yi aslında evrenimizde göründüğü şekliyle simüle etmediğimiz anlamına geliyor” diyor. “Benzer olanı ve doğrudan bağlanabileni simüle ediyoruz, ancak aynı değil.”

Bilim adamları, en karmaşık simülasyonlar için anlamadıklarını telafi etmek ve yaptıklarına dayanarak varsayımlarda bulunmak için hesaplamalar geliştirmişlerdir. Pontzen, “Evrenin simülasyonları, halihazırda bildiklerimiz göz önüne alındığında bize neyin makul olduğunu gösterebilir” diyor. “Simülasyonlar, simülasyonun çalışmasını sağlamak için yanlarında bir dizi uyarı taşıyor.”

Evreni Simüle Etme Gücü

Bilim adamları dört temel kuvvetin tamamını gerçek zamanlı olarak nasıl tanımlayacaklarını çözebilseler ve tüm fizik yasalarını anlasalar bile, evreni simüle etmek için ihtiyaç duyacakları bilgisayar gücüne hala ulaşamayacaklardır.

Eğer amaç evrendeki her şeyi bir simülasyonda yakalamaksa, bu bir tane olması gerektiği anlamına gelir. atom evrendeki her atom için simülasyonda. Pontzen, “Dünya üzerinde bunu yapmaya uzaktan yaklaşabilecek hiçbir bilgisayar yok” diyor. “Evren çok karmaşık. İçinde çok fazla şey var.”

Öte yandan Wagman şöyle diyor: “Simüle edebileceğimiz evrenin büyüklüğünün sınırları, hem artan bilgi işlem gücü sayesinde, hem de daha da önemlisi insanların daha karmaşık şeyleri simüle etmemizi sağlayan daha iyi algoritmalar geliştirmesi sayesinde giderek artıyor.” daha verimli.”

Simülasyonlar bize neyin makul olduğunu gösterir, böylece doğal dünyanın nasıl çalıştığına dair tahminlerde bulunabiliriz ve çoğu durumda bu tahminler doğru çıkar.

Wagman, “Bu her şeyin doğru olduğu anlamına gelmiyor ve aslında her şeyin doğru olması imkansız” diyor. “Fakat bu bize doğru yolda olduğumuza dair güven veriyor. Bize bir şeyler öğretiyor, böylece evrene dair giderek daha doğru bir görüş oluşturmaya devam edebiliriz.”

BENZER KONULAR

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Yüksek Verimli Güneş Pillerinin Sırlarını Ortaya Çıkarıyoruz

- Advertisement - Yapay zeka yöntemlerinin yardımıyla araştırmacılar, yüksek verimli perovskit güneş pillerinin üretim süreçlerini iyileştirmeye çalışıyor.  Yapay zeka teknikleri, bilim adamlarına yüksek verimli güneş pilleri...
- Advertisment -

Son Eklenenler

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...

Antibiyotik Direnci Araştırmalarında Oyunun Kurallarını Değiştirecek Bir Şey

Antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadeledeki potansiyeli nedeniyle incelenen bir bakteriyofaj olan φX174, alternatif antibiyotiklerin geliştirilmesine yönelik yeni bilgiler sunuyor. yaşında COVID-19kelime "virüs” bulaşma, hastalık ve hatta...