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Verwendung von Einsteins Relativitätstheorie zur Beschleunigung von Supercomputer-Simulationen um 10.000%
Wenn Sie einen Rechenstau überwinden müssen, ist manchmal nicht mehr Leistung, sondern ein konzeptioneller Durchbruch erforderlich. Und manchmal kommt dieser Durchbruch direkt von der Arbeit von Albert Einstein.
In diesem Fall liegt das Problem in der Simulation von Lasern, die auf Plasmen treffen - einer dieser hochmodernen Bereiche der Physik, die laut a 2008 Zusammenfassung des Feldes , Protonentherapie zur Behandlung von Krebserkrankungen, Materialcharakterisierung, strahlengetriebene Chemie, Grenzsicherung durch die Detektion von Sprengstoffen, Betäubungsmitteln und anderen gefährlichen Stoffen und natürlich die Hochenergie-Teilchenphysik.
Oder mit anderen Worten, Desktop-Teilchenbeschleuniger .
Aber bevor wir so leistungsfähige Beschleuniger wie den Large Hadron Collider des CERN bauen können im Komfort unserer unterirdischen Höhlen , müssen wir zunächst Computer verwenden, um das Verhalten dieser sogenannten Laser-Plasma-Beschleuniger .
Auch auf der 17. schnellste Supercomputer der Welt , dies entpuppt sich als Herkulesaufgabe.
Und hier kommt der Durchbruch: Physiker haben erkannt, dass relativistische Effekte eine große Sache werden, weil der Laser Elektronen auf seinem Weg auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt - die gleichen Effekte, die zuerst von Albert Einstein entdeckt wurden.
Und wenn wir uns an etwas aus Eine kurze Geschichte der Zeit oder sogar an den ursprünglichen Planet der Affen erinnern, dann ist es, dass der Beobachter bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit einen großen Einfluss auf das hat, was er wahrnimmt - das ist zum Beispiel Der Grund dafür, dass ein Astronaut, der sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, viel langsamer altern würde als die Menschen, die er auf der Erde zurückgelassen hat.
Bisher wurden alle Simulationen von Laser-Plasma-Beschleunigern aus der Perspektive eines Physikers durchgeführt, der irgendwo in der Nähe des Experiments steht – also jemand, der einen superkurzen Laserpuls durch ein nahezu stationäres Plasma wandern sieht. Mathematisch ist dies sehr schwer zu simulieren - der Laser ist kurz.
Was aber, wenn wir stattdessen die Perspektive des Plasmas selbst einnehmen? Relativ zum Laser ist es nun, als ob sich das Plasma mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf den Lichtstrahl zubewegt. Aufgrund relativistischer Effekte streckt dies den Strahl des Lasers, wodurch er länger und mathematisch besser zu simulieren ist.
Voila - die resultierender Algorithmus ist hundertmal schneller als frühere Versuche, einen Laser-Plasma-Beschleuniger zu simulieren.
