Компьютерра PDA N80 (25.12.2010-31.12.2010)

Но, несмотря на достижения математики в XIX веке, когда был сформирован классический анализ и выведены уравнения математической физики, решить такую актуальную задачу, как расчет сопротивления воды равномерно движущемуся (о переходных процессах речь и не шла!) судну, было невозможно. Для этого пришлось прибегнуть к моделированию. Моделированию натурному, физическому. В Опытовых бассейнах.

Опытовые бассейны были передовыми по тем временам научными учреждениями, в которых были и бассейны как таковые. В них опускалась модель, воспроизводящая подводную часть корабля. Модель буксировалась с той или иной скоростью. Динамометр определял силу, необходимую для буксировки. Далее данные переводились на суда реальных размеров. Для этого использовались сначала экспериментальные коэффициенты, потом было создано учение о так называемых критериях подобия, Фруда, Рейнольдса, Прандтля...

Интересно, что, казалось бы, частная техническая задача - определение сопротивления судов - решалась на сугубо государственном уровне. Опытовые бассейны были по преимуществу правительственными. Первый был создан в Англии в 1870-м году. Французы проводили испытания в Бресте. Существовало и голландское учреждение. Россия обзавелась Опытовым бассейном в 1891 году. Тогда в мире шел переход артиллерии на бездымные пороха. У Морского министерства Российской империи образовалась "остаточная сумма" в полтора миллиона рублей. Ландо и карет на нее покупать не стали, адмиральских дач не строили. Управляющий Морским министерством адмирал Чихачев и главный инспектор морской артиллерии контр-адмирал Макаров предложили эти деньги Менделееву для изыскания способа изготовления бездымного пороха.

Дмитрий Иванович решил проблему, затратив на лабораторные нужды всего полмиллиона рублей - им был создан пироколлодий, пироксилиновый порох, пригодный и для стрелкового оружия, и для артиллерии. А на оставшийся миллион предложил организовать для российского флота Опытовый бассейн, снабженный передовыми по тем временам измерительными и регистрирующими приборами (в их числе были и тогдашние вычислительные машины - логарифмические цилиндры). Тогда же Опытовым бассейном обзавелась и Италия, позже - Германия и США. Бахвалились ли тогдашние главы государств Опытовыми бассейнами, как ныне суперкомпьютерами, неясно…

Так вернемся к достижениям 2010 года. Сегодня за физическое моделирование взялись не инженеры, но физики. У них появились "квантовые симуляторы", системы, позволяющие решать сложные задачи, связанные с решетками кристаллов. Ранее, пытаясь проинтерпретировать тот или иной экспериментальный результат, теоретик брал трехмерное множество точек, в которых находятся взаимодействующие между собой заряженные частицы, и формировал так называемый гамильтониан (функция такая…) для этих электромагнитных взаимодействий. Гамильтониан же решается не всегда (или крайне редко).

Так вот - в прошлом году ряду групп физиков пришла в голову идея воспользоваться моделированием. Ионы кристалла заменили пятнами лазерного света. Попавшие в них атомы изобразили взаимодействующие электроны. Потом система настраивалась под тот или иной гамильтониан, и - надо садиться и ждать, как само собой сформируется решение. Пока, правда, такие квантовые симуляторы использовали только для поверки результатов ранее решенных задач.

И речь, скорее, идет об аналоговом моделировании. Ну, когда-то динамические процессы (в механических системах, в гидравлических, тепловых…) моделировались электрическими токами и напряжениями в аналоговых вычислительных машинах, где операционные усилители были обвешаны цепочками емкостей и резисторов. Сейчас квантовомеханические процессы взаимодействия электронов и ионов моделируются по аналогии взаимодействием лазерных лучей и атомов. Но - самое главное и почти волшебное - "квантовый" характер взаимодействия сохраняется.

И самый главный вывод, который можно сделать: на новом этапе развития технологии произошел возврат к приемам, применявшимся в прошлом. Как Опытовые бассейны позволили решить задачи, которые были "не по зубам" классическому анализу, так и квантовые симуляторы возможно позволят решать те задачи, перед которыми пасует нынешняя вычислительная математика и техника. Спираль, о которой любили говорить и гегельянцы, и марксисты!

Но и "традиционные" вычислители внесли в минувшем году свой вклад в науку, а именно - в молекулярную биологию. Дело в том, что белки, состоящие из большого количества аминокислот, могут сворачиваться уж очень разнообразными способами, порождающими "комбинаторные взрывы" (не в моделях, или в вычислительных методах, а в самих процессах). А компьютер из 512 узлов сумел продраться сквозь эти процессы - это позволило смоделировать поведение помещенного в воду белка, его сворачивание-разворачивание, на отрезке времени в одну миллисекунду, что позволило моделировать процессов на новом уровне.

Чипсеты, используемые в современных ноутбуках

Автор: Олег Нечай