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.

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.

czwartek, 26 czerwca 2008
Gdy tworzą się góry

Już w kilka razy pisaliśmy o trzęsieniach ziemi i o ruchach płyt tektonicznych. Nic w tym dziwnego, są to jedne z najpotężniejszych sił naturalnych, z jakimi ludzkość musi się zmagać. Trzęsienie ziemi w chińskiej prowincji Syczuan po raz kolejny uświadomiło nam, jak nieubłagana bywa przyroda. I jak bezradna jest ludzkość próbując trzęsienia ziemi przewidywać.

Płyta tektoniczna, na której leżą Indie, nieustępliwie wbija się w euroazjatycką płytę kontynentalną. To właśnie doprowadziło do wypiętrzenia się Himalajów. Ale na tym nie koniec: Himalaje naciskają na Wyżynę Tybetańską, która z kolei naciska na Kotlinę Syczuańską. Skały są tam bardzo twarde, nie ustępują, tworzy się tak zwany odwrotny uskok - zbudowana z miękkich skał płyta tektoniczna, nadjeżdżająca z prędkością kilku milimetrów na rok, wspina się na tą, która stawia jej opór. Ruch nie jest płynny, dochodzi do zakleszczenia się skał. Gdy zakumulowane naprężenie gwałtownie się uwolni, mamy trzęsienie ziemi.

Skutki i mechanizm trzęsienia ziemi w Syczuanie

Chińscy naukowcy doskonale to wiedzą. Aby lepiej poznać dynamikę ruchów tektonicznych, postanowili uważnie obserwować system uskoków w Syczuanie. Jak donosi najnowszy numer Science, uczeni z chińskiego Instytutu Geologii odkryli uskok, który przesuwa się o 10 mm na rok. Uznali go za najbardziej niebezpieczny i dwa lata temu obstawili wartą 6 milionów dolarów siecią 300 sejsmografów. Zgromadzili całe terabajty danych (którymi teraz nie chcą się podzielić z geologami z innych krajów, ale tu już ocieramy się o wielką politykę), ale pomylili się. Trzęsienie ziemi nastąpiło na innym uskoku, a Chińczycy, nie dość, że dysponując całym morzem danych, nie umieli go przewidzieć, to początkowo nawet źle oszacowali jego wielkość.

Trzęsienie ziemi z 12 maja miało natężenie 7.9 stopni w skali Richtera. Wyzwoliło energię równą energii 2000 bomb zrzuconych na Hiroszimę. W jego wyniku zginęło 70 000 osób, a półtora miliona straciło dach nad głową. Poziom gruntu wzdłuż uskoku podniósł się gdzieniegdzie nawet o 4 metry. Uczeni na całym świecie bezradnie rozkładają ręce: Cóż z tego, że oto widzimy, jak powstają nowe góry, cóż z tego, że rozumiemy dlaczego dochodzi do trzęsień ziemi, skoro wciąż nie umiemy ich przewidywać?

 
1 , 2 , 3 , 4 , 5 ... 6