Universum Simulation ?
Kann man ein Algorithmus erstellen mit dem man den ganzen Universum simuliert ? Praktisch der Urknall -> Jahre lang danach bilden sich Planeten ->. Ich kann mir das nicht vorstellen, habe es aber in doku gesehen. Selbst wenn das möglich wäre welche Programmsprache eignet sich dafür ? Also ich schätze Python und C eignen sich nicht dafür ?
5 Antworten
Hallo Gena221!
Seit wir dazu in der Lage sind, mithilfe von Computern hochkomplexe physikalische Systeme zu analysieren, sind Simulationen eine unerlässliche Quelle für die heutige Kosmologie. In der Astrophysik wird mit extrem viel Simulation gearbeitet, denn obwohl das menschliche Hirn souveräner Künstler im Visualisieren ist, schätzen wir die mathematischen Fähigkeiten eines Rechners um einige Dimensionen größer ein als die Rechenleistung unseres Hirns. Völlig zurecht.
Wenn auch Rechner diese Aufgabe für uns übernehmen gilt nach wie vor: Syntax ist nicht Semantik! Computer wissen nicht was sie rechnen, weil sie den Inhalt nicht verstehen und begreifen. Sie verarbeiten ihn nur nach den mathematischen Algorithmen, die wir Simulationsprogrammen zugrunde legen. Sie arbeiten ohne Emotion und vor allem Erfahrungsschatz!
Möchte man in einem beliebigen Raumvolumen das zukünftige und vergangene Verhalten eines Systems simulieren, dass aus zwei Körpern besteht, hat man keine Probleme. Bereits Newton erkannte, dass für eine exakte Prognose und Simulation eines solchen Zweifachsystems drei Parameter bekannt sein mussten:
- Die Masse beider Körper
- Präzise Ortsangaben
- Ihre jeweiligen Geschwindigkeiten
Sind die drei Werte für beide Massen zu einem gegebenen Zeitpunkt bekannt, kann auch ein vergleichsweiser leistungsschwacher Computer gebrauchbare Simulationsdateien erstellen. Allerdings ist die Kenntnis aller drei Parameter in der Natur bereits nicht zwangsläufig gegeben. Es bedarf äußerst präziser Messungen für die Massenbestimmung, aber auch die Ermittlung der Orbitalgeschwindigkeit kann ein Problem darstellen. Ganz zu schweigen von der Forderung präziser Ortsangaben im 3-dimensionalen Phasenraum (X,Y,Z).
Doch damit nicht genug: Es handelt sich nur um zwei Körper! Das reichte gerade mal für die Berechnung des Systems Erde - Mond, ohne den eigentlich zu verwendenden Einflussfaktor Sonne!
Realitätsgetreu ist eine solche Simulation anlässlich der vergleichsweise geringen Quantität von Zweikörpersystemen im Gesamtkosmos also nicht wirklich. Stattdessen wird für die Simulation des Verhaltens einer ganzen Galaxie, schon die Kenntnis aller in ihr befindlichen Objekte mit den oben beschriebenen Größen benötigt. 300 Milliarden Sterne, von denen man Massen, Orte und Geschwindigkeiten kennen muss: Das ist irgendwie nicht so geil.
Also vereinfacht man das Modell und fasst nahe beieinanderliegende kleine Einzelmassen, aufsummiert in einer Gesamtmasse M zusammen, die nun aus Tausenden aufsummierten Einzelmassen oder Sternen besteht. Damit sinkt die Rechenkapazität des Computers um einiges, und die Simulationsergebnisse werden nur in geringem Umfang weniger realitätsgetreu.
Nun zu deiner Frage. Was gibt es alles im Kosmos? Du willst eine Simulation des gesamten beobachtbaren Universums, und forderst damit zunächst genaue Kenntnisse von den unmittelbaren Zuständen kurz nach dem Urknall. An die kommen wir noch mehr oder weniger gut ran. Stichwort: Kosmische Hintergrundstrahlung!
Nehmen wir uns jetzt ein beliebiges Simulationsprogramm und stellen uns vor, wir setzen die gefundenen Werte für zb. Dichtefluktuationen im passenden Kontext ins Modell. Schon bald wird klar, dass die benötigte Speicherkapazität des Computers bei weitem nicht groß genug ist, um zuverlässig zu simulieren!
Nun den gesamten Kosmos mit 120 000 000 000 Einzelgalaxien einzubeziehen, würde selbst den leistungsstärksten Computer mehr als belasten. Der wird ja richtig krank junge. Vielleicht explodiert er sogar :O
Zwei Dinge hindern uns also, wenn wir beide im Teamwork versuchen würden den Kosmos zu simulieren ;)
- Eine exakte Bestimmung von Masse, Geschwindigkeit und Ort aller Massen des Universums
- Die nötige Rechenkapazität um die Simulationsergebnisse noch realitätsgetreu abzubilden!
Sinnvoller ist es, sich ein Gesamtbild einer Simulation im Gehirn zu machen, wenn wir verschiedene durchgeführte Einzelsimulationen zusammenlegen und sie so zu einem Gesamtbild aufsummieren. Die Vorgehensweise sollte also der, eines Puzzles ähneln!
LG Pflanzengott! ;)
Heutzutage arbeiten Computer durchaus mit einem Erfahrungsschatz. Siehe Google. In der KI arbeitet man mit Erfahrungenn in Fom von Datenbanken. Die Computer in der produzierenden Industrie arbeiten mit Datenbanken. Das prominenteste Beispiel ist SAP mit seinem PPS-System.
Man simuliert nicht das ganze Universum, sondern nur einen endlichen Ausschnitt und nur mit einer endlichen Auflösung (also keine einzelnen Sterne, sondern bestenfalls Glaxien). Mit mehr Rechenzeit und/oder stärkerer Hardware, kann man die Auflösung und/oder Größe erhöhen. Aber natürlich ist das Ergebnis nur die Implementierung eines Modells, also nicht unser Universum sondern ein Modell-Universum.
Dafür sind wir intelligente Menschen, dass wir Probleme zerlegen können. Oder das Zerlegen lernen können.
Wir wissen, wie die Kernfusion in der Sonne funktioniert, ohne alle Atome in unsere Berechnungen aufzunehmen. Wären auch ziemlich viele. Und keiner weiß genau, wo welches grad ist.
Und die Programmiersprache ist da völlig egal. Wenn's wirklich schnell gehen soll, natürlich Assembler, und wenn's richtig schnell gehen soll, natürlich ein neuer Prozessor. Obwohl zwischen Assemler für die CPU und neuen Prozessoren noch die wenig genutzen massiv parallelen Rechenkapazitäten moderner Grafikkarten sind.
Also geht deine Frage an der Praxis der Simulationen sehr weit vorbei.
MUSS ICH AUF SUCHMASCHINEN VERWEISEN?
Ich war mal in nem Rechenzentrum, in dem die Entstehung einer Galaxie simuliert wurde (mit nen paar Milliarden Partikeln) ... Alleine dafür waren 300 Stunden für die Berechnung nötig. Stell dir vor, dass würde man auf das komplette Universum (über welches wir kaum was wissen) erweitern, kaum real umsetzbar (d.h. Eigentlich gar nicht)
Erstmal ist zu klären welche Rechenleistung dafür notwendig ist. Die Antwort ist: Eine unerreichbare.