WATERLOO / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forscherteam hat mit Effort.jl eine Software entwickelt, die kosmische Simulationen revolutioniert. Diese ermöglicht es, komplexe Berechnungen zur Entwicklung des Universums, die bisher monatelange Rechenzeit auf Supercomputern erforderten, in wenigen Minuten auf einem Laptop durchzuführen.
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Die Software Effort.jl, entwickelt von einem internationalen Team unter der Leitung von Marco Bonici von der University of Waterloo, könnte die Art und Weise, wie kosmische Simulationen durchgeführt werden, grundlegend verändern. Diese Software ermöglicht es, Simulationen der Universumsentwicklung, die bisher auf leistungsstarken Supercomputern wie dem SuperMUC-NG in Garching durchgeführt wurden, nun auf einem gewöhnlichen Laptop in Minuten abzuwickeln.
Effort.jl fungiert als sogenannter Emulator, der die komplexe Physik des Kosmos nicht von Grund auf berechnet, sondern ein Modell trainiert, um die Ergebnisse dieser Berechnungen möglichst genau vorherzusagen. Dabei imitiert die Software das Verhalten der Effektiven Feldtheorie der großräumigen Strukturen (EFTofLSS), die beschreibt, wie sich Galaxien und Dunkle Materie zu einem kosmischen Netz anordnen.
Ein entscheidender Aspekt des Emulators ist das neuronale Netz, das mit grundlegenden physikalischen Kenntnissen ausgestattet wurde. Dieser hybride Ansatz reduziert den Trainingsaufwand und die benötigte Rechenleistung erheblich, da das Netz bereits weiß, wie sich Ergebnisse ändern, wenn kosmologische Parameter wie die Menge an Dunkler Energie angepasst werden.
Die Software wurde in der Programmiersprache Julia geschrieben, die für hochperformante wissenschaftliche und numerische Berechnungen konzipiert wurde. Der Quellcode von Effort.jl ist auf Github frei zugänglich, was die Software zu einem wichtigen Werkzeug für die Analyse der enormen Datenmengen macht, die durch neue Instrumente wie das Weltraumteleskop Euclid und das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) generiert werden.
Obwohl der Ansatz vielversprechend ist, gibt es klare Grenzen. Ein Emulator kann nur innerhalb der Parameter zuverlässige Ergebnisse liefern, für die er trainiert wurde. Neue physikalische Phänomene, die nicht im zugrunde liegenden Modell enthalten sind, können nicht entdeckt werden. Dennoch bietet Effort.jl eine schnelle Überprüfung von Hypothesen innerhalb eines bekannten Rahmens und macht kosmologische Forschung für eine breitere wissenschaftliche Gemeinschaft zugänglicher.
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