خَبَرَيْن logo

ثورة في فهم الاضطراب باستخدام الحوسبة الكمية

حقق العلماء تقدمًا في فهم الاضطراب باستخدام نهج مستوحى من الحوسبة الكمية، مما يسهل نمذجة التدفقات المضطربة بدقة. هذا الابتكار يعد بإمكانيات كبيرة في تحسين تصميم الطائرات والتنبؤ بالطقس. اكتشف المزيد على خَبَرَيْن.

تظهر الصورة تفاصيل سحب ملونة معقدة على كوكب المشتري، مما يعكس أنماط الاضطراب في الغلاف الجوي.
Loading...
البقعة الحمراء على كوكب المشتري، وهي نظام عاصف ضخم، تمثل مثالًا على التدفق المضطرب. مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
التصنيف:علوم
شارك الخبر:
FacebookTwitterLinkedInEmail

تقدم العلماء في معالجة الاضطراب الفيزيائي

لقد حقق العلماء قفزة إلى الأمام في فهم نمط وبنية الاضطراب - وهي ظاهرة طبيعية لوحظت في السوائل مثل المياه المتحركة، وتيارات المحيطات، والتفاعلات الكيميائية، وتدفق الدم، وسحب العواصف، وأعمدة الدخان، وحتى بلازما النجوم.

وعلى الرغم من أن السريان المضطرب فوضوي وغير منتظم، حيث تتسبب حركة المائع في تشكل دوامات أكبر حجماً ثم تتفكك إلى دوامات أصغر، حاول الفيزيائيون منذ فترة طويلة دراسة ونمذجة العملية باستخدام المعادلات الرياضية والحواسيب. لكن، حتى مع وجود الحواسيب العملاقة الحديثة، لا تزال المحاكاة المباشرة والدقيقة لجميع التدفقات المضطربة باستثناء أبسطها لاتزال بعيدة المنال، وقد استعصى الفهم الكامل للاضطراب على الباحثين لحوالي 200 عام.

النهج الجديد لمحاكاة الاضطراب

والآن، ابتكر فريق دولي من العلماء نهجًا جديدًا لمحاكاة الاضطراب يستخدم طريقة مستوحاة من الحوسبة الكمية، كما هو موضح في دراسة نُشرت في 29 يناير في مجلة Science Advances.

شاهد ايضاً: القمر الوردي الكامل في أبريل سيبدو أصغر من المعتاد - إليك السبب

قال المؤلف الرئيسي للدراسة نيك غوريانوف، الباحث في قسم الفيزياء في جامعة أكسفورد، إن القدرة على نمذجة هذه الظاهرة والتنبؤ بها بدقة يمكن أن يكون لها العديد من التطبيقات العملية في العلوم والهندسة، مما قد يحسن تصميم الطائرات والسيارات والمراوح والقلوب الاصطناعية ويجعل التنبؤ بالطقس أكثر دقة.

"كان الاضطراب ولا يزال مشكلة غير محلولة بمعنى أننا لا نستطيع محاكاة التدفقات الواقعية على أجهزة الكمبيوتر، أي أننا لا نزال بحاجة إلى نفق الرياح لتصميم جناح طائرة. لكن التقدم مثل الذي حققناه "يزيح" المشكلة ويدفع الحدود إلى الأمام".

استراتيجية النمذجة الاحتمالية

وأوضح غوريانوف أن معظم المقاربات السابقة لمحاكاة الاضطراب اعتمدت على استراتيجية حتمية، والتي تنتج دائماً نفس النتائج مع مجموعة محددة من الشروط الأولية. وبدلاً من ذلك، قام البحث الجديد بنمذجة التقلبات في الاضطراب بشكل احتمالي، وهو نهج يأخذ بعين الاعتبار التباين العشوائي.

شاهد ايضاً: دبور غريب محفوظ في الكهرمان حلّق بين الديناصورات

قام الفريق بتطبيق خوارزمية مستوحاة من الحوسبة الكمية على التدفقات المضطربة، مما سمح لهم بحساب ما قد يستغرق عدة أيام على خوارزمية كلاسيكية للقيام به على حاسوب عملاق كامل في بضع ساعات.

استخدام الحوسبة الكمية

تعالج الحواسيب الكمية المعلومات بطريقة مختلفة جذرياً عن الحواسيب الكلاسيكية. فالحواسيب التقليدية تقوم بالحسابات باستخدام البتات: أي البيانات الموجودة في حالة واحدة في كل مرة، واحد أو صفر. أما الحواسيب الكمومية فتستخدم البتات الكمية (أو "Qbits)، والتي يمكن أن تكون أصفاراً أو آحاداً أو أي مزيج من الاثنين معاً. استخدم معدو الدراسة أداة رياضية تسمى شبكات التينسور يمكن استخدامها لمحاكاة نظام كمومي.

وقال جيمس بيتي، وهو باحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه وزميل في قسم علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون في نيوجيرسي، إنه من خلال تمثيل البيانات ذات المتغيرات الكثيرة بطريقة أبسط، تمكن الفريق من تسريع العمليات الحسابية المعقدة اللازمة للبدء في فهم الاضطراب. لم يشارك بيتي في البحث.

تسريع العمليات الحسابية

شاهد ايضاً: كيف عاد رواد الفضاء الذين أعاقتهم ناسا أخيرًا إلى ديارهم

"إن المحاكاة التي يقومون بتشغيلها هي محاكاة مائع لمادتين كيميائيتين مختلفتين تختلطان وتتفاعلان. وباستخدام هذا التمثيل، فهذا يعني أن هذه الحسابات المعقدة نوعاً ما يمكن أن تستخدم ذاكرة أقل بكثير، مما يسمح بتشغيلها على جهاز كمبيوتر محمول."

وأضاف قائلاً: "إن رؤية تقدم كهذا (استخدام أفضل للذاكرة بمليون مرة وتسريع العمليات الحسابية بألف مرة) أمر نادر الحدوث، مما يجعل هذا التقدم مثيراً في نمذجة الاضطرابات".

التحديات المستمرة في فهم الاضطراب

وأضاف بيتي أنه على الرغم من أن الدراسة الأخيرة تعد "تقدماً مذهلاً"، إلا أنها ليست القصة الكاملة، مشيراً إلى أنها لا تعالج قضايا الحجم، أو كيفية ارتباط الدوامات المضطربة ذات الأحجام المختلفة ببعضها البعض.

مشكلات الحجم والدوامات المختلفة

شاهد ايضاً: هذه الشركة المتخصصة في صيد الكويكبات قد تصنع التاريخ مع أول مهمة لها في الفضاء العميق. المدير التنفيذي "مرعوب"

وقال عبر البريد الإلكتروني: "الاضطراب، كما يقول المؤلفون، هو مشكلة متعددة النطاقات، أي أن الاضطراب يمكن أن يمتد من آلاف السنين الضوئية إلى أقل من قدم". "نريد أن نعرف كيف تتحدث هذه المقاييس مع بعضها البعض."

قال بيتي: "هذا هو الجانب الذي يجعل محاكاة الموائع المضطربة صعبة للغاية - فنحن نريد حل العديد من المقاييس في المحاكاة، والتي تستهلك الكثير من الذاكرة والحساب، مما يعني وضع هذه المحاكاة على أجهزة كمبيوتر عملاقة كبيرة."

التقنيات الجديدة وتقليل التعقيد

قال يونغشيانغ هوانغ، الباحث والأستاذ المشارك في مختبر الدولة الرئيسي لعلوم البيئة البحرية وكلية علوم المحيطات والأرض في جامعة شيامن في جنوب شرق الصين، إن البحث الجديد "مثير للإعجاب للغاية".

شاهد ايضاً: اكتشاف مذهل: قبر الملك المصري القديم يُكتشف

قال هوانغ، الذي لم يشارك في الدراسة، إن غوريانوف وفريقه توصلوا إلى طريقة جديدة تقلل بشكل كبير من استخدام الذاكرة والتعقيد الحسابي. ومع ذلك، فقد وافق على أنها لم ترسم صورة كاملة، والتي قال إنها كانت صعبة للغاية بسبب النطاق الواسع من المقاييس المعنية.

الآفاق المستقبلية في دراسة الاضطراب

وقد وُصفت الاضطرابات بأنها أقدم مشكلة لم تُحل في الفيزياء. يُزعم أن عالم الفيزياء النظرية الألماني فيرنر هايزنبرغ قال وهو على فراش الموت، "أنه يريد معرفة سؤالين: لماذا النسبية؟ ولماذا الاضطراب؟".

فتح مجالات جديدة في البحث العلمي

قال غوريانوف إن الميزة الحسابية للتقنية الجديدة التي كشفت عنها الدراسة تفتح مجالات جديدة لم يكن من الممكن الوصول إليها من قبل في فيزياء الاضطراب للتحقيق العلمي، على الرغم من أن النتائج لا تعني حقاً أن لغز الاضطراب قد تم كشفه. وقال إن ذلك يتطلب خوارزميات أو أجهزة حوسبة جديدة بشكل كبير مقارنة بما هو متاح الآن.

شاهد ايضاً: تلسكوب الفضاء يكشف ظاهرة "حلقة أينشتاين" النادرة بوضوح مذهل

وقال غوريانوف: "لقد بحث العديد من العلماء (الموهوبين والمتفوقين بشكل استثنائي) في هذه المشكلة، ومع ذلك لم نقترب حتى الآن من حلها".

أخبار ذات صلة

Loading...
شكل حلزوني متوهج في السماء بعد إطلاق صاروخ فالكون 9، يظهر أثر الوقود المتبقي وهو يتدفق أثناء العودة إلى الغلاف الجوي.

دوامة غامضة أضاءت سماء أوروبا. إليكم سبب تزايد هذه العروض الضوئية

تخيل أن السماء تتزين بأشكال غريبة تشبه الحلزونات المتلألئة، تثير فضول الملايين. هذه الظواهر الضوئية، الناتجة عن إطلاق صواريخ سبيس إكس، تفتح أمامنا عالمًا جديدًا من الفضاء والتكنولوجيا. اكتشف كيف تتشكل هذه الأشكال المدهشة ولماذا تثير إعجاب الجميع!
علوم
Loading...
بلوتو يظهر بوضوح في الصورة، مع تفاصيل سطحه المتنوعة، مما يعكس الجدل حول تصنيفه ككوكب قزم في النظام الشمسي.

هل توجد كوكب خفي في نظامنا الشمسي؟ الفلكيون يؤكدون أن لحظة الحقيقة تقترب

هل يمكن أن يكون هناك كوكب خفي في نظامنا الشمسي؟ اكتشافات جديدة لعالم الفلك مايك براون تثير الجدل حول %"الكوكب تسعة%"، الذي قد يغير فهمنا للكون. انضم إلينا في رحلة استكشاف هذا اللغز الفلكي واكتشف الأدلة التي قد تثبت وجوده!
علوم
Loading...
قمة إيفرست الشاهقة تظهر وسط جبال الهيمالايا، محاطة بالغيوم، مما يعكس تأثيرات جيولوجية قديمة وحديثة على ارتفاعها.

علماء: "قرصنة الأنهار" ساهمت في زيادة ارتفاع جبل إيفرست

هل تساءلت يومًا كيف يمكن لتغيرات صغيرة في مجرى الأنهار أن تؤثر على ارتفاع جبال الهيمالايا؟ دراسة جديدة تكشف أن %"قرصنة النهر%" لعبت دورًا غير متوقع في رفع قمة إيفرست، مما يُعيد تشكيل المناظر الطبيعية. تابع معنا لتكتشف تفاصيل هذا الاكتشاف المذهل!
علوم
Loading...
إطلاق صاروخ Long March 6A من مركز تاييوان، مع سحب من الدخان والهبوط في الخلفية، في سياق نشر أقمار G60 الصناعية.

تتفكك صاروخ صيني في المدار المنخفض للأرض، مما يخلق سحابة من حطام الفضاء، بحسب قيادة الفضاء الأمريكية

تحطم صاروخ Long March 6A الصيني في المدار الأرضي المنخفض، مما أدى إلى تكوين سحابة من الحطام تشكل تهديدًا كبيرًا للأقمار الصناعية. هل نحن أمام أزمة جديدة في الفضاء؟ تابع معنا لتكتشف المخاطر التي قد تواجهها محطة الفضاء الدولية وكيف يمكن أن تؤثر على المستقبل الفضائي.
علوم
الرئيسيةأخبارسياسةأعمالرياضةالعالمتكنولوجيااقتصادصحةتسلية