ほとんどの大規模シミュレーションは、星形成、銀河合体、太陽系イベント、気候などの特定のプロセスに関するものです。これらはまったくシミュレートするのが簡単ではありません。それらは物理現象の複雑な表示であり、コンピューターがそれらに関するすべての詳細情報を追加するのは困難です。
さらに複雑なことに、ランダムなことが起こっています。コップ一杯の水のような単純なものでさえ、正確には単純ではありません。まず第一に、それは決して純粋な水ではなく、ナトリウム、カリウムなどのミネラル、さまざまな量の空気、おそらく少しのほこりを含んでいます。水の入ったコップのモデルを正確にするには、それらすべてを考慮する必要があります。ただし、コップ一杯の水にまったく同じ量のミネラルが含まれているわけではありません。コンピュータ シミュレーションは、現象内のカオスを推定するために最善を尽くす必要があります。複雑さを増すたびに、シミュレーションの完了に時間がかかり、より多くの処理とメモリが必要になります。
では、宇宙そのものをシミュレートするにはどうすればよいのでしょうか?まず第一に、宇宙がどのように形成されたかを説明するには、優れた理論が必要です。幸いなことに、私たちはそれを持っています — しかし、それが完璧であるとか、それが正しいものであると 100% 確信しているというわけではありません — たとえば、宇宙がどれくらいの速さで膨張するかはまだわかっていません.
次に、すべての成分を適切なタイミングで、適切なスケールで追加します。宇宙が約 2 億から 5 億歳のときに、暗黒物質と通常の物質が協力して銀河を形成します。
目次
- 1 つの N 体シミュレーション
- 2 つのモック カタログ
- 3 つのハードウェア
- 4 つのシミュレーション仮説
- 4.1 シミュレーションからの教訓
N 体シミュレーション
宇宙シミュレーションは、複数の理由から科学者によって行われます。これは、宇宙についてさらに学ぶための方法であり、単にモデルをテストして実際の天文データと対峙させるための方法でもあります。理論が正しければ、シミュレーションで形成された構造は可能な限り現実的に見えます。
シミュレーションにはさまざまな種類があり、それぞれに独自の用途と利点があります。たとえば、「N 体」シミュレーションは粒子の運動に焦点を当てているため、重力と相互作用に多くの焦点が当てられています。
たとえば、ミレニアム ランには 100 億個を超える暗黒物質の粒子が組み込まれています。暗黒物質が実際に何であるかを知らなくても、研究者はこれらの「粒子」を使用して暗黒物質の特性をシミュレートできます。星の形成、ブラック ホールの形成、およびその他の詳細の機能を提供する IllustrisTNG など、他のシミュレーションもありました。最新のものは 100 テラバイトのカタログです。
結局、シミュレーションでは宇宙のすべての詳細を明らかにすることはできません。誰かが持っているフレーバー パイをシミュレートすることはできませんが、銀河や他のクラスターの構造など、大規模なものを扱うのに十分な詳細を得ることができます。
模擬カタログ
もう 1 つのタイプのモデルは、モック カタログです。モックはミッションを模倣するように設計されており、何年にもわたって望遠鏡によって収集されたデータを使用します。次に、何らかの構造のマップが作成されます。これは、銀河、クエーサー、またはその他のものである可能性があります。
モックは、記録された物理的特性を使用して、観測されたとおりにこれらのオブジェクトをシミュレートします。それらは、私たちが知っているすべての成分を使用して、宇宙のモデルに従って作られています.
モックに使用されたモデルの理論は、それらを望遠鏡の観測と比較することでテストできます。これにより、私たちの仮定や理論がどの程度正しいか間違っているかがわかります。これは、アイデアをテストするための非常に良い方法です。通常、研究者は結果に統計的有意性を与えるために約 1000 のモックを使用します。
ハードウェア
モデルがどのように製造され、どのくらいのエネルギーが使用されるかの舞台裏を見てみましょう。これらの天文学的および気候シミュレーションはスーパーコンピューターで行われ、それらは非常に優れています。たとえば、Millenium Run は Regatta スーパーコンピューターを使用して作成されました。これらのシミュレーションには、1 テラバイトの RAM が必要で、23 テラバイトの生データが得られました。
IllustrisTNG はヘーゼル編を使用しました。この獣は、1 秒あたり 7.42 千兆回の浮動小数点演算 (Pflops) を実行できます。これは、何百万台ものラップトップを一緒に動作させることに相当します。さらに、ヘーゼル ヘンは 3200 キロワットのエネルギーを消費するため、電気代が高額になります。 100テラバイトの実績を持つ宇宙は、ATENURI IIを使って作られました。これは 3.087 Pflops で動作します。
オールト クラウドのシミュレーションで、関与したチームは、作業に使用したエネルギー量を次のように報告しました。将来、より一般的になるかもしれない習慣.
シミュレーション仮説
では、これは私たち自身の宇宙がシミュレーションである可能性について何を教えてくれるのでしょうか?私たちはある種のマトリックスに住んでいる可能性がありますか?それとも、Rick&Morty のマイクロバースにいるだけですか?私たちがシミュレートされた宇宙にいることを理解する社会の混乱を想像してみてください。あなたは特権的な豊かな国の市民ではありませんか?それはアーキテクトにとって良い結果にはなりません。
シミュレーション仮説は、実際には一部の研究者によって真剣に考えられています。これは Nick Bostrom によって仮定されたもので、3 つの主な条件があります。少なくとも 1 つが真である必要があります。
そうは言っても、シミュレーション仮説は科学的な理論ではありません。これは単なるアイデアです — 非常に興味深いものですが、簡単に言えば単なるアイデアにすぎません。
シミュレーションからの教訓
シミュレーションを作成して学んだことは、自然の完全なコピーを作成することは不可能だということです。 N 体シミュレーションは完璧な例です。すべてをシミュレートすることはできませんが、研究に関連するものを作る粒子をシミュレートすることはできません。気候モデルにも同じ問題があります。地理的位置を再現するための完璧なピクセルを作成することは不可能であり、目的の特徴を近似することしかできません。
もう 1 つの問題は、エネルギー消費です。いくつかの現象をシミュレートするのは困難です。人々が自分で選択を行う宇宙をシミュレートするには、信じられないほどの量の電力と、データを保存する方法が必要です。アシモフの「最後の質問」のように終わらない限り、一読の価値があります。
最終的に、シミュレーションは可能ですが、マイクロバースはありそうにありません。シミュレーションを改善し続け、より高速なスーパーコンピューターでより良いシミュレーションを作成します。これらすべては、エネルギーと時間を消費しない効率的なプログラムが必要であるという考えに基づいています。
