Физики из России выяснят, что происходит внутри сталкивающихся звезд
Российские физики-теоретики создали алгоритм, позволяющий очень быстро просчитывать поведение вещества в недрах сталкивающихся звезд, внутри ядерных реакторов и других экстремальных средах. Его описание и первые результаты работы были представлены в журнале Computer Physics Communications.
"Новый параллельный алгоритм позволит эффективно использовать суперкомпьютеры, объединяющие ресурсы многих тысяч процессоров. Это существенно расширит возможности моделирования сложных феноменов, происходящих под воздействием мощных сил, начиная с воздействия лазеров, взрывов и до формирования звезд", - рассказывает Василий Жаховский из Института теоретической физики РАН в Москве, чьи слова приводит пресс-служба заведения.
Многие процессы в окружающем мире, к примеру, взаимодействие отдельных атомов газа со стенками сосудов, а также фотонов или электронов с различными оптическими или цифровыми приборами, можно описать, просчитав то, как ведет себя одна такая частица. Благодаря этому подобные природные явления достаточно легко и просто симулировать, разбив объект на примерно равные части и просчитав каждую такую "ячейку" на отдельном процессоре или компьютере.
Другие процессы, к примеру, разрушение вазы при падении на пол или различные экстремальные физические явления, такие как последствия столкновений звезд или "разгон" ядерного реактора, описать подобным образом невозможно. Это связано с тем, что изменения в состоянии одного из их элементов меняют форму и поведение всей их совокупности, что резко усложняет параллелизацию расчетов.
Жаховский и его коллеги нашли выход из этой ситуации, научившись разбивать подобные объекты на своеобразный "калейдоскоп" из фрагментов таким образом, что это не вносит существенных искажений в результаты вычисления. Математики называют подобные конструкции диаграммами или мозаиками Вороного в честь российского ученого Георгия Вороного.
"Допустим, мы решили разбить некую часть пространства на 10 областей. Для создания разбиения на ней нам сначала нужно выбрать 10 несовпадающих точек. Тогда одна ячейка разбиения будет представлять собой область пространства, любая точка которой ближе к одной из выбранных точек, чем к любой из других девяти выбранных", - объясняет Мария Егорова, коллега Жаховского.
Подобный подход, как отмечает физик, позволяет оптимально распределять загрузку по вычислительным узлам, в том числе и благодаря тому, что границы между элементами такой "мозаики" могут обмениваться частицами.
Используя эти принципы, Жаховский и его команда просчитали то, что произойдет с тонкой проволочкой, если подключить к ней сверхмощный конденсатор. Еще в конце 18 века физики выяснили, что подобная "процедура" приведет ко взрыву, так как проволочка мгновенно разогреется до сверхвысоких температур, превратится в пар, который будет разбросан по округе после того, как через него проскочит электрический разряд.
С другой стороны, ученые до сих пор не до конца понимают то, что происходит внутри этого проводника во время его испарения и как зарождается искра и связанная с ней ударная волна, "ответственная" за взрыв.
По сравнению с традиционным разбиением, когда процессорам отдаются на расчет неподвижные области пространства, алгоритм российских ученых повысил скорость расчета примерно в 3-6 раз при одинаковом количестве процессоров по сравнению с классическими методами симуляции. Аналогичным образом, как отмечают исследователи, можно просчитывать и другие феномены, связанных с экстремальными состояниями вещества.
