Kosmologija u petnaestoj brzini

U januaru 2009. u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos u Novom Meksiku, trebalo bi da krene sa radom najnoviji superkompjuter Roadrunner. Sklopljen je u IBM-u gde je na testiranju u maju ove godine probio takozvanu petaflop barijeru (10^15operacija u sekundi) dostigavši 1.026 petaflopa, čime je zvanično postao najbrži superkompjuter na svetu. On ima potpuno novu arhitekturu, a uloženo je 133 miliona dolara u njegovu izgradnju. Načinjen od 18 povezanih jedinica, on zahvata površinu od 560 m2.

Simbol Novog Meksika

Ovaj superkompjuter napravljen je za vojne potrebe i namenjen da predvidi na koji način nuklearni materijali stare, što će biti iskorišćeno, kako se navodi, za utvrđivanje da li je arsenal nuklearnog naoružanja u SAD bezbedan, sa obzirom da tokom vremena stari. Osim za tu svrhu, ovaj superkompjuter biće iskorišćen i u nauci, finansijama, automobilskoj i svemirskoj industriji.

Izrada njegovih delova započeta je još 2002. godine, a prvi put je sklopljen 2006. Međutim zbog kompleksnosti i velikog broja novina konstruisan je u tri faze i postao u potpunosti operativan tek 2008. godine.

Ime ovog brzinca je aluzija na pticu trkačicu (engleski Road-Runner) koja je simbol Novog Meksika.

Pripreme za trku

Nakon juna 2009. godine najnoviji superkompjuter će biti korišćen u vojne svrhe te njegovi rezultati više neće biti dostupni javnosti. Pre toga će ga u toku šest meseci, od januara do juna 2009. godine, koristiti timovi istraživača. Los Alamos je odabrao šest projekata koji će tokom tog perioda testirati teorije na ovoj ptici trkačici od kojih su, što se nauke tiče, dva iz fizike i astrofizike i dva iz biologije.

Projekti iz fizike i astrofizike obuhvataju formiranje zvezda i kosmologiju. Kosmološki tim je sastavljen iz desetak ljudi – tri doktora fizike i astrofizike koji će stalno biti na projektu, dva povremeno prisutna fizičara, jednog stručnjaka iz IBM-a i nekoliko doktoranata iz kompjuterskih nauka. Oni će danonoćno raditi na proveri, zapravo ponovnom premeravanju parametara iz kosmologije. Za ovaj projekat laboratorija je izdvojila samo mesec dana. Nakon tog perioda svi podaci vezani za kosmološka istraživanja se brišu. Da bi što bolje iskoristio brzinu ovog superkompjutera u kratkom periodu koji ima na raspolaganju, te da bi rezultati bili što uspešniji, tim trenutno žurno radi na pripremama za nastupajući projekat i angažovan je na arhitekturi računara što obuhvata izgradnju komplikovanog softvera za izvršavanje svojih simulacija.

Kad dođe vreme za to, uz pomoć ove nove mašine biće testiran postojeći kosmološki model - teorija Velikog praska.

Odbačeni modeli

Teorija Velikog praska je danas najprihvaćenija, takoreći jedina teorija iz kosmologije. Do šezdesetih godina postojala je još jedna velika teorija - model Stacionarnog stanja Freda Hojla, ali kada je otkriveno pozadinsko mikrotalasno zračenje postalo je jasno da se svemir širi, i ona je morala biti odbačena. Još jedan dokaz protiv nje bilo je određivanje ukupne količine deuterijuma u svemiru.

Prostor u Fridmanovim modelima

Do devedesetih godina važili su modeli o izgledu i sudbini svemira koje je ruski matematičar Aleksandar Fridman izložio 1922. godine a koji su bili u skladu sa Velikim praskom. Prema prvom modelu svemir bi imao ravnu geometriju, bio bi otvoren, i nastavio bi da se zauvek širi. U drugoj varijanti prostor bi bio zatvoren i zakrivljen kao sfera, a nakon širenja vasione nastupila bi faza ponovnog sažimanja. Prema trećoj varijanti, svemir bi bio opet otvoren ali bi imao drugačiji izgled - zakrivljen i hiperboličan (kao sedlo). Takođe bi se večno širio. Koji od ova tri modela zapravo opisuje naš svemir, zavisilo je od ukupne količine materije, to jest od njene prosečne gustine u vasioni. Nesumnjivo je bilo da se svemir širi. Na to je pored posmatranja ukazivala i teorija. Ali u svim tim modelima pretpostavljeno je da se širenje postepeno usporava.

Međutim, devedesetih godina sprovedena su tri velika projekta uz pomoć kojih smo došli do sasvim neočekivanog otkrića. Naime, merenjem sjaja supernova tipa Ia i merenjem fluktuacija u temperaturi mikrotalasnog zračenja kosmolozi su zaključili da se širanje svemira zapravo ubrzava. To ih je navelo da se vrate Ajnštajnovom lambda–članu koji predstavlja nekakvu antigravitaciju ili odbojnu silu koja se protivi gravitaciji (Ajnštajn ju je uveo da bi opravdao teoriju statične vasione koju je tada zastupao). Fridmanovi modeli morali su biti odbačeni. Sada je lambda–član povezan sa tamnom energijom čija prava priroda još nije poznata.

Kako nam trenutno izgleda, čini se da tamna energija obuhvata 70% ukupne materije u svemiru. Ona je sada jedna od glavnih meta ispitivanja kosmologa širom sveta.

Da razmišljamo brže

Vratimo se našoj temi – kako će superkompjuteri pomoći kosmologiji?

Veoma je važno imati moćni kompjuter koji može sa velikom tačnošću proveriti naše teorijske modele. Danas se sve bržim kompjuterima sa sve većom tačnošću proveravaju postojeće teorije. Što je kompjuter brži to može više stvari da uključi u rešavanje problema – veći broj čestica, više parametara koji utiču na „eksperiment”, širi skup različitih početnih uslova… Na taj način se dobija preciznija slika.

Sporom ljudskom mozgu bili bi potrebni vekovi da izvrši sve proračune koji su potrebni za proveru neke teorije. Zato bi čovek uzeo malu količinu podataka. Sporom kompjuteru bismo dali veću količinu pa bi se povećanjem uzorka smanjila greška. Ali jedan superkompjuter može obraditi super veliku količinu informacija i time nam zaista, nadamo se, ukazati na to da li naši teorijski modeli imaju problem, ili ne.

Sastav svemira

Teorija se na ovaj način može potvrditi, ali ako se dokaže da ona ne opisuje dobro posmatranja teorija se mora korigovati. U nekim sličajevima i potpuno izbaciti.

Hoće li teorije ostati iste

Teorijski projekat koji će laboratorija u Los Alamosu izvršiti u januru naredne godine će korišćenjem simulacija vezanih za teoriju Velikog praska potvrditi ili oboriti sadašnji model te teorije. U osnovi ovog projekta su simulacije gravitacionog problema n tela i hidrodinamike a baviće se formacijom struktur u svemiru. Simulacija problema gravitacije n tela biće rešavana sa trilion čestica što je sto puta bolje nego do sad. Ukoliko je broj čestica kojim rešavamo problem veći, utoliko je rezultat bliži stvarnoj mogućnosti. Na taj način biće ujedno i iznova proverena teorija gravitacije, to jest Ajnštajnova Opšta teorija relativnosti. Takođe, rešavaće se pitanje tamne materije i energije – da li ih ima i koliko.

Rezultati projekta će biti objavljeni kasnije, a takođe će biti obelodanjeni podaci sa kompjutera. Nadamo se da će to biti jedinstven izvor ogromne količine informacija koje će astronomi iz čitavog sveta potom moći da koriste u različitim istraživanjima.