Ovo superračunalo je upravo izvelo najveću simulaciju kozmosa ikada

Jedno od najmoćnijih računala na svijetu, Frontier, drugo najbrže superračunalo, ostvarilo je značajan iskorak u istraživanju svemira. Stvorilo je najdetaljniju simulaciju kozmosa ikad izvedenu, otvarajući nova vrata razumijevanju razvoja kozmosa kroz milijarde godina.

Frontier, smješten u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge, jedno je od najimpresivnijih tehnoloških postignuća našeg doba. Kao prvo egzaskalno superračunalo, može izvršiti nevjerojatnih 1,1 kvintilijun izračuna u sekundi (FLOPS), zahvaljujući svojoj impresivnoj arhitekturi koja uključuje 9.472 AMD procesora (CPU) i 37.888 grafičkih procesorskih jedinica (GPU).

Frontier je bilo najbrže superračunalo na svijetu do studenog 2024., kada ga je nadmašio El Capitan u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore, postigavši brzinu od 1,742 egzaflopsa. Ipak, Frontier ostaje ključno računalo za znanstvena istraživanja, posebno u području kozmologije.

Tim iz Nacionalnog laboratorija Argonne, pod vodstvom Salmana Habiba, direktora odjela za računalne znanosti, iskoristio je moć Frontier-a za razvoj simulacije svemira koristeći specijalizirani softver HACC (Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code). Ovaj softver, razvijen prije 15 godina, dizajniran je da prati tehnološki napredak i iskoristi snagu najnovijih superračunala.

Od jednostavnih modela gravitacije do kozmološke hidrodinamike

Prijašnje simulacije temeljene na softveru HACC koristile su petaskalna superračunala poput Summit-a, ali su bile ograničene na modele koji su proučavali isključivo gravitaciju. Na Summit-u su znanstvenici proveli tri značajne simulacije, nazvane prema planetima iz serije Zvjezdane staze:

1. Simulacija Qo’nos: Proučavala je standardni kozmološki model, fokusirajući se na tamnu energiju i tamnu tvar.
2. Simulacija Vulcan: Uključila je utjecaj masivnih neutrina.
3. Simulacija Ferenginar: Istraživala je svemir u kojem tamna energija nije konstantna, već se mijenja tijekom vremena.

Ove simulacije pružile su ključne uvide, poput otkrića da varijacije u tamnoj energiji mogu uzrokovati jače grupiranje galaksija u ranom svemiru. Međutim, ograničenja u računalnoj snazi nisu omogućila uključivanje drugih važnih pojava.

Frontier, s neusporedivom računalnom snagom, eliminirao je te prepreke. Sada je moguće uključiti dinamiku vrućih plinova, formiranje zvijezda i galaksija te ponašanje crnih rupa. Salman Habib naziva ovu novu metodu “kozmološkom hidrodinamikom”, jer uključuje sve poznate fizikalne pojave u simulacije svemira.

Frontierova moć nadmašuje očekivanja

U sklopu inicijative ExaSky Ministarstva energetike SAD-a, vrijedne 1,8 milijardi dolara, Frontier je morao zadovoljiti stroge kriterije performansi. Softver HACC trebao je raditi barem 50 puta brže nego na Titanu, superračunalu iz 2012. godine. Frontier je premašio ta očekivanja, postižući brzinu gotovo 300 puta veću od Titana.

Bronson Messer, direktor znanosti u Oak Ridge Leadership Computing Facility, ističe da su ove simulacije “pravi podvig znanosti”. Frontier omogućuje uključenje barionske tvari (obična tvar poput zvijezda i planeta) u kombinaciji s tamnom tvari i tamnom energijom. Time se stvaraju simulacije koje po detaljima i razmjerima konkuriraju velikim astronomskim pregledima poput Sloan Digital Sky Survey i budućeg opservatorija Vera C. Rubin.

Što ove simulacije znače za astronomiju?

Simulacije Frontier-a pružaju vrijedne podatke za testiranje i usavršavanje teorijskih modela svemira. Uspoređujući rezultate simulacija s opažanjima iz stvarnih pregleda svemira, znanstvenici mogu odgovoriti na ključna pitanja poput prirode tamne tvari, tamne energije ili valjanosti alternativnih teorija gravitacije, poput modificirane Newtonove dinamike (MOND).

Na primjer, ako simulacije pokažu jače grupiranje galaksija pod određenim uvjetima, astronomi mogu tražiti slične obrasce u pregledima udaljenih dijelova svemira.

Eh sad… jedno filozofsko pitanje: Živimo li u simulaciji?

S rastom računalne snage i detaljnosti simulacija, otvara se intrigantno filozofsko pitanje: Je li moguće da i naš svemir predstavlja simulaciju?

Ako živimo u simulaciji, tko bi mogao biti njezin tvorac? Ova ideja postavlja izazov našem temeljnom razumijevanju stvarnosti, podsjećajući na filozofski koncept poznat kao “kornjače do beskonačnosti” – teoriju koja sugerira da se temelj svijeta neprestano oslanja na nešto drugo, bez krajnjeg odgovora.

Ipak, postignuća Frontier-a odražavaju nevjerojatan ljudski napredak. Svaka nova simulacija približava nas boljem razumijevanju kozmičkih sila koje oblikuju naš svemir.