SpravodajstvoVeda a výskum

Ako sa mení voda na ľad? Prvá simulácia svojho druhu pomohla vedcom tento proces popísať s kvantovou presnosťou

Vedci z Princeton University vytvorili model, ktorý kvôli slabému výkonu superpočítačov nemohol vzniknúť.

Vedci z Princeton University po prvýkrát presne simulovali prvé kroky pri tvorbe ľadu. Pomocou umelej inteligencie ich model dokázal vyriešiť rovnice popisujúce kvantové správanie jednotlivých atómov a molekúl počas tohto procesu, píše portál univerzity.

Presnosť s akou simulácia pracuje, sa v minulosti zdala nedosiahnuteľná kvôli ohromnej výpočtovej sile, ktorú si tento proces vyžaduje. Výskumníci však do simulácie zapojili neurónovú sieť, ktorá im pomohla dosiahnuť požadované výsledky.

Odoberajte Vosveteit.sk cez Telegram a prihláste sa k odberu správ

„V istom zmysle to je splnený sen,“ vyjadril sa Roberto Car, jeden z vedúcich výskumu.

Simulácia vedcom umožnila nahliadnuť do úplne prvých krokov, ktoré sa dejú pri zamŕzaní vody. Vedci ich označujú ako nukleácia ľadu a jej pochopenie by mohlo viesť k presnejším predpovediam počasia, klímy alebo pri procese okamžitého zmrazovania potravín. V rámci štúdie vedci našli spôsob ako sledovať aktivitu sto tisíc atómov v časovom úseku o tisíckrát dlhšom ako predchádzajúce štúdie.

Základom sú zákony kvantovej mechaniky, ktoré predpovedajú pohyby atómov a molekúl. Ide o zákony popisujúce ako sa atómy na seba viažu pri formovaní molekúl a ako sa viažu molekuly pri vytváraní všetkého, čo poznáme.

Výpočty pracujúce s kvantovou mechanikou, sú mimoriadne komplexné, a preto si vyžadujú obrovské množstvo výpočtovej sily. V 80. rokoch, kedy vznikli základy dnes simulovaného princípu, počítače dokázali simulovať len stovku atómov v časovom úseku niekoľkých trilióntin sekundy. Postupom času sa počítače zlepšovali, no až dnes vedci získali dostatočné množstvo sily na to, aby dokázali simulovať proces nukleácie ľadu.

Pomoc umelej inteligencie

Neurónová sieť pracuje podobne ako ľudský mozog. Práve s jej pomocou dokázali vedci vypočítať sily medzi atómami s mimoriadnou presnosťou. V novej štúdii dokázali vedci simulovať 300-tisíc atómov počas časového úseku dlhšieho, než predchádzajúce výskumy. Simuláciu spustili na superpočítači Summit, ktorý sa považuje za jeden z najrýchlejších na svete. Nachádza sa v laboratóriu Oak Ridge National Laboratory.

„Nukleácia ľadu je jedna z hlavných neznámych v modeloch na predpoveď počasia. Táto simulácia je výrazným krokom vpred, pretože vidíme, že sa zhoduje s experimentmi,“ tvrdí Pablo Debenedetti, spoluautor štúdie.

Súčasné predpovede počasia odhadujú čas nukleácie ľadu na základe pozorovaní v laboratóriu. Tento systém je však presný len pri určitej sade podmienok. Simulácie tohto procesu dokážu priniesť oveľa presnejšie odhady na základe pracovania s reálnymi podmienkami a schopnosťou rýchlejšie vypočítať, čo sa bude diať.

Model dokonca zvládne pracovať aj s úplne exotickými podmienkami. Vedci by ho mohli v budúcnosti využiť na zistenie toho, ako sa ľad tvorí na iných planétach. V ďalších výskumoch sa vedci zamerajú na simulovanie ďalších podobných dejov. Niektoré z nich však prebiehajú dlhšie, než dokáže simulácia zvládnuť aj s pomocou umelej inteligencie. Nájsť spôsob, ako tento problém obísť bude pre vedcov výzvou.

Prihláste sa k odberu správ z Vosveteit.sk cez Google správy
Tagy
Zobraziť komentáre
Close
Close