czwartek, 14 sierpnia 2008
Petaflopowy Struś Pędziwiatr

W czerwcu, w Los Alamos National Laboratory, ruszył najszybszy komputer świata. Komputer ten wykonuje ponad 1,026 biliarda operacji na sekundę, osiąga więc moc obliczeniową jednego petaflopa(*). Jego głównym zadaniem będzie prowadzenie tajnych obliczeń wojskowych, ale i cywilna nauka z niego skorzysta.

Struś PędziwiatrKomputer, noszący wdzięczną nazwę Roadrunner (ale podobno nie na cześć ptaszka po lewej, ale ptaszka po prawej, będącego symbolem stanu Nowy Meksyk), zawiera łącznie 116 640 rdzeni procesorowych, w tym 7 000 dwurdzeniowych Opteronów i 12 960 procesorów Cell, zaprojektowanych do obsługi PlayStation 3. Moc obliczeniowa Roadrunnera jest tysiąc razy większa od mocy najszybszego komputera sprzed 11 lat. Oprogramowanie takiego monstrum, zapewniające optymalne wykorzystanie wszystkich procesorów, będzie nie lada sztuką. Procesory graficzne nie będą przy używane do wizualizacji wyników obliczeń, ale do przyspieszania samych obliczeń - takie wykorzystanie procesorów graficznych to stosunkowo nowa technologia. Cały koszt Roadrunnera wyniósł około 133 milionów dolarów. Superkomputer nie będzie też tani w eksploatacji - jego zapotrzebowanie na energię (3 megawaty) będzie porównywalne z zapotrzebowaniem sporego centrum handlowego. Geococcyx californianus

Czym, oprócz symulowania wybuchów jądrowych, może się zajmować Roadrunner? Przede wszystkim badaniami klimatu, ale także bardzo wymagającymi obliczeniami z pogranicza chemii, biologii i fizyki. Autorzy specjalnego wydania tygodnika Science, poświęconego chemii teoretycznej, entuzjastycznie przewidują, że Roadrunner może przyczynić się do znacznego postępu w zrozumieniu zwijania się białek, działania motorów molekularnych i badania układów złożonych aż z miliona atomów.

A co z tego będą mieli zwykli użytkownicy komputerów domowych? Producenci procesorów twierdzą, że doświadczenia zdobyte przy konstrukcji Roadrunnera przydadzą się przy projektowaniu komputerów domowych nowej generacji, które mają zawierać naprawdę wiele rdzeni procesorowych. Cóż, sceptycy porównują te zapowiedzi do reklam, w których słyszymy, że w samochodzie, jakim jeździsz codziennie do pracy, możesz używać tego samego oleju, ogumienia czy innych materiałów, co w bolidach Formuły 1. Kto chce, ten niechaj wierzy...

(*)Ponoć powinno się mówić "petaflopsa", ale mnie to "s" się nie podoba.

wtorek, 12 sierpnia 2008
Kaczki w latającym cyrku

Nie, nic o polityce. Ten tekst planowałam, odkąd w bibliotece mojego instytutu w Augsburgu odkryłam hipnotyzującą książkę: The Flying Circus of Physics. Trudno się od niej oderwać, bo autor sprytnie podzielił dzieło na tom pytań i tom odpowiedzi, które trzeba dopiero wyszukać. Po to, żeby można było najpierw samemu pogłówkować. Na przykład: dlaczego przy puszczaniu kaczek" kamień odbija się od wody?



Książkę napisał Jearl Walker. To ten ostatni, zwykle nie pamiętany, autor podręcznika do fizyki - Halliday, Resnick... ach, to był jeszcze ktoś trzeci??? - od lat spędzającego sen z oczu studentom politechnik. Lecz Latający cyrk fizyki to całkiem co innego. Ani jednego wzoru, za to wiele komicznych obrazków. Jaka szkoda, że od ponad 30 lat nie pojawiło się polskie wydanie! Pokazałoby Polakom, że fizyka to nie nudne obracanie strasznymi wzorami. Fizyka - to kombinowanie. Zwłaszcza, gdy zajrzeć do tomu drugiego, okazuje się, że na niektóre pytania wciąż nie ma ostatecznej odpowiedzi. Bo w tej książce chodzi o przyjemność kombinowania. To chyba byłoby coś w sam raz dla Polaków...?

Lecz wróćmy do naszych „kaczek". Latający cyrk, wydany po raz pierwszy w 1977 roku, jest wciąż uzupełniany. W internecie można przeczytać co prawda nie całą książkę, ale jej najnowsze fragmenty. Jak się okazuje, w kwestii skaczących po wodzie kamieni jest co uzupełniać! Dopiero w XXI wieku fizycy zaczęli bliżej rozumieć to zjawisko, znane przecież od starożytności. Znamienite pismo Nature w 2004 roku opisało doświadczenia francuskich badaczy z filmowaniem „kaczek" w zwolnionym tempie. Zastosowali oni specjalną katapultę, pozwalającą kontrolować prędkość pocisku i tempo jego wirowania.

Aby kamień skakał po wodzie, jego prędkość musi przekraczać pewną wartość progową. Inaczej pocisk prześliźnie się po wodzie, szybko zatrzyma i zatonie. Odkryto, że przez całą drogę prędkość pozioma kamienia jest prawie stała, podczas gdy w kierunku pionowym podskakuje on coraz wolniej. Pocisk musi jednak wirować - i to z szybkością również przekraczającą określony próg - żeby stabilizować swój ruch. Okazało się, że istnieje „magiczny kąt" - około 20 stopni - pod którym kamień musi być nachylony, aby można było uzyskać najdłużej skaczącą „kaczkę" przy minimalnej sile rzutu. W ślady Francuzów poszli zaś fizycy z Japonii i w 2005 roku opublikowali w renomowanym Physical Review Letters obliczenia teoretyczne dokładnej wartości „magicznego kąta", oraz minimalnej prędkości dla uzyskania „kaczki", zależnej od ciężaru i wielkości kamienia.

22:42, anuszka_ha3.agh.edu.pl , Jak to działa
Link Komentarze (5) »
czwartek, 31 lipca 2008
Synchrotronowy van Gogh

Vincent van Gogh, którego dzieła biją dziś wszelkie rekordy cenowe, za życia sprzedał bodajże jeden obraz. Żył w biedzie. Żeby trochę zaoszczędzić, przemalowywał niektóre swoje prace, aby móc ponownie wykorzystać to samo płótno. Szacuje się, że aż jedna trzecia obrazów van Gogha powstała na jego wcześniejszych kompozycjach. Jak donoszą najnowsze numery Analytical Chemistry i Nature, naukowcom udało się wyjątkowo dobrze odtworzyć jeden z takich "odrzuconych" obrazów. Dokonano tego przy użyciu promieniowania synchrotronowego.

Synchrotron to typ akceleratora. Elektrony są w nim przyspieszane do prędkości podświetlnych i krążą po okręgach w polu magnetycznym, wysyłając przy tym promieniowanie elektromagnetyczne, zwane promieniowaniem synchrotronowym. Początkowo uważano je za "odpad" - większość energii dostarczanej elektronom nie służy zwiększeniu ich energii kinetycznej, którą można wykorzystać w eksperymentach z zakresu fizyki cząstek elementarnych, lecz jest "tracona". Fizycy w końcu zdali sobie sprawę, iż promieniowanie to samo może stać się narzędziem badawczym, czymś w rodzaju bardzo potężnego i bardzo dokładnego aparatu rentgenowskiego. Obecnie stosuje się je w badaniach materiałowych (do określania struktury kryształów i związków chemicznych, także do szukania ukrytych wad materiałów), w naukach biomedycznych, a teraz także - w historii sztuki.

Ukryty obraz van Gogha (Uniwersytet Techniczny w Delft)Od dawna wiedziano, że obraz Grasgrond (Łan trawy) kryje jakąś wcześniejszą pracę van Gogha. Prześwietlenie zwykłym promieniowaniem rentgenowskim ujawniło tylko niewyraźny zarys czegoś, być może jakiegoś portretu. Zespół, którym kierował Joris Dik z Uniwersytetu Technicznego w Delft, zbadał płótno promieniowaniem synchrotronowym w DESY w Hamburgu. Promieniowanie synchrotronowe oddziaływało z jonami metali - kobaltu, arsenu, ołowiu i innych - stanowiącymi naturalne składniki farb, pobudzając je do emisji wtórnego promieniowania rentgenowskiego. Rejestrując to promieniowanie i wiedząc, jakie metale odpowiadają jakim pigmentom, naukowcom udało się stworzyć wyjątkowo dokładną rekonstrukcję ukrytego obrazu. Ukazał się ciemny w tonacji, poważny portret jakiejś kobiety, zapewne chłopki z holenderskiej wsi Nuenen, gdzie van Gogh mieszkał w latach 1883-85.

Dwa obrazy na jednym płótnie

 

wtorek, 29 lipca 2008
Wszechświat z klocków Lego w Świecie Nauki

Kwantowy Wszechświat (by Jean-Francois Podevin)Świat Nauki donosi o nowym spojrzeniu na kwantową teorię grawitacji, o którym i my pisaliśmy w tym blogu. 

Pisaliśmy niedawno o pracy Jana Ambjørna z Danii, Jerzego Jurkiewicza z Polski i Renate Loll z Holandii dotyczącej tego, jak można złożyć wielowymiarową czasoprzestrzeń ze znacznie prostszych kawałków, "klocków Lego", zwanych w języku fachowym sympleksami. Wiele osób próbowało opisać ten proces, ale nie uzyskało zadowalających rezultatów. Ambjørn, Jurkiewicz i Loll uświadomili sobie, że "klocków" nie można składać dowolnie - okazuje się, że zasada przyczynowości znacznie ogranicza możliwe konfiguracje. Ta konstatacja (plus bardzo skomplikowane obliczenia i symulacje) stanowiła klucz do sukcesu.

Miło nam donieść, że najnowszy (sierpniowy) numer Świata Nauki zamieszcza artykuł Samoorganizujący się kwantowy Wszechświat, pięknie przybliżający tę tematykę laikom. Jest to tłumczenie artykułu zamieszczonego w czerwcowym numerze Scientific American (cała wersja angielska jest dostępna on-line). Gorąco polecamy!

Słynna już praca Ambjørna, Jurkiewicza i Loll stanowi ukoronowanie wysiłków wielu fizyków. Badania te są kontynuowane przez samych tych autorów, ich studentów i współpracowników, a także przez niezależne grupy. Wygląda na to, iż "kauzalne triangulacje" mogą być kluczem (jednym z kluczy?) do zrozumienia bardzo wczesnych etapów historii Wszechświata, gdy dominującą rolę odgrywała kwantowa struktura czasoprzestrzeni.

poniedziałek, 30 czerwca 2008
Krócej niż mgnienie oka

Chemia. Ale nie ta ciężka, kojarzona z wielkimi zakładami, ale taka malutka, zachodząca na poziomie subkomórkowym. Gdybyśmy mogli ją kontrolować, uzyskalibyśmy niebywały wpływ na procesy rządzące naszym życiem. Najpierw jednak musimy mieć narzędzia pozwalające obserwować reakcje chemiczne zachodzące bardzo szybko - naprawdę bardzo szybko. Jak donosi Nature Physics, francusko-brytyjsko-polska grupa badawcza dokonała ostatnio znaczącego postępu w kierunku konstrukcji takich urządzeń.

Jeśli na cząsteczkę chemiczną padnie światło lasera, może ono wyrwać z niej elektron. Światło jest falą i w drugiej połówce okresu kierunek pola elektrycznego ulega odwróceniu. Jeśli odpowiednio dobrać energię i czas trwania impulsu laserowego, wyrwany elektron jest wtedy przyspieszany w stronę macierzystej cząsteczki i zostaje przez nią wychwycony. Oddaje przy tym energię, wysyłając bardzo krótkie impulsy promieniowania o częstotliwości w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego. „Kształt tych impulsów potrafimy mierzyć z dokładnością do 50 attosekund", mówi współautor eksperymentu, Leszek Frasiński z londyńskiego Imperial College. Jedna attosekunda to 0,000 000 000 000 000 001 sekundy. „50 attosekund jest tyle razy krótsze od jednej sekundy, ile razy jedna sekunda jest krótsza od czasu, jaki upłynął odkąd życie wyszło z oceanów na ląd", tłumaczy Frasiński. Trzeba jednak zadbać o mnóstwo skomplikowanych szczegółów, zwłaszcza o odpowiednią energię lasera. „Jeśli energia będzie za duża, z cząsteczki wyrwie się kilka elektronów i zrobi się straszny bałagan", mówi inny uczestnik eksperymentu, Marek Stankiewicz z Uniwersytetu Jagiellońskiego.

To jednak tylko połowa obrazka. Drugą połowę stanowią subtelne efekty kwantowe. Tak z powracającym elektronem, jak i z macierzystą cząsteczką związane są fale materii. Kształt wysyłanych impulsów zależy od wzajemnej interferencji tych fal. Oddziaływanie powracającego elektronu z rdzeniem cząsteczki można uznać za bardzo wyrafinowaną wersję doświadczenia Younga, w którym rolę „szczelin" odgrywają atomowe centra rozpraszania. Sukces najnowszego eksperymentu polega na tym, iż uczonym udało się bardzo precyzyjnie kontrolować kwantową interferencję: za pomocą dodatkowego impulsu laserowego kontrolowali odpowiednie ustawienie cząsteczek wyrzucających z siebie, a potem wychwytujących elektrony.

Doskonała kontrola czasu trwania i kształtu impulsów pozwala myśleć o konstrukcji mikroskopów elektronowych nowej generacji, mogących nie tylko rozróżniać poszczególne atomy w cząsteczkach, ale nawet obserwować ruch elektronów w wiązaniach chemicznych.

1 , 2 , 3 , 4 , 5 ... 11