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外行认真问为什么核物理\高能物理要用超大规模的计算

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更新:08-27     编辑:     来源:    


  • 这是一个诡异的问题, 各种搜索引擎均无答案

    前面几个楼的回答都 笼统没深度, 不满意, 求专业级别业内人士的详细解答
    要不你们关注下我签名档的问题

    核物理, 无论是核武器还是反应堆啥的
    裂变什么的都是有现成的直接公式算 质能转换 能级跃迁 等等啊

    为什么要用计算机做超大规模的模拟?
    如果是做数值, 用普通服务器算就了了.
    但是全世界都在用超级算机跑个几天几月的才能有结果,

    有计算机之前是组织一群科学家列出关键公式, 然后数值计算交给
    一大群妇女[以千人为单位]让他们代入具体数值算个一年两年的....

    难不成真的一个一个原子核真的全部模拟出来?

    到底在算什么, 为嘛这么复杂?


    另外我的签名档的音乐求助请帮忙听听看是什么曲子


    网友评论:

    我觉得只要涉及到拟真的问题计算量都会暴走,绝大多数日常应用的本质就是记录和读取数据,瓶颈在io上,显得现在cpu好像性能过剩似的

    我举个理想模型和现实生活的例子

    杠杆原理

    理想就一个等式,现实世界杠杆最多能承受多重不会断?在特定重量如果不断,会造成什么样的内部损伤?更进一步,这样的损伤导致杠杆还能用多少次?能不能推出公式?现在新的无损伤承重是多少?
        —— from Nyan (NOKIA Lumia 820)来自: WindowsPhone客户端

    不是每个物理学家都能像天才的奥本海默一样凭借直觉舍弃大量项还正确无误。



    因为这些反应是典型的指数爆炸
    举个例子,用电脑模拟台球很简单吧,但假如第一个台球撞到两个,两个撞四个,四个撞八个,后面的结果你能想象吗

    不用别的
    3D游戏里让所有光源都产生影子
    就足够10年内所有民用显卡吃瘪了
    这还只是对光的非常初级的模拟

    因为台球太多

    这么一说想起来当年同学拿我宿舍的PC算晶格把CPU给我烧了到现在还没赔我钱呢

    因为1碰碰球太多,需要大量并行
    2时间步长太小,一次循环只能算10^{-15}秒

    量太大,计算的是原子之间相互作用,这个相互作用又包括,核—核,电子—电子,核—电子之间相互作用,我们做模拟的(非核物理 方向,就是100多原子都得超算跑几天

    ----发送自 LGE Nexus 4,Android 4.4.4

    参考有限元吧

    光线相对高级的模拟见3d各种软件渲染。。。
    一张图10h问你怕未

    游戏里面的那些都是简单模拟

    simulation都是靠计算力撑的...
    空间和时间尺度上越准确就需要的越多.


    求具体事迹?


    都市传说奥本海默在核爆后撒一把纸屑就知道爆炸当量


    这好像是费米不是奥本海默

    这个学期正在看量子化学,不能说很有深度,但是也能粗浅说一点
    我感觉lz的问题在于你的物理观念仍然停留在量子革命之前的图景上面,在你的眼中任何的物理现象都是直接带入公式就能够求出的。但是事实上没有这么简单的
    就拿量子化学来说,薛定谔方程摆在那里,但是怎么用,怎么解,这个不是拍脑袋就能算出来的,多亏了计算机的广泛应用,量子化学这门学科才能够有所发展,大量的模拟运算都是由计算机处理的
    但这仍是模拟,仍然对于很多的情况进行了约减和忽略,所谓的能级跃迁也只是一种图像化的近似而已,不能以之为前提来考虑问题的


    。有一个从柏林来到美国的、在
    战争时期参加过特勒小组的若尔福·兰兹霍夫(Rolf Landshoff)对
    于这种“比赛”回忆说:“有一次费米、冯纽曼和费恩曼都在特勒
    办公室里。我也在座,因为当时要我在那里进行一个拟定好了的
    计算。当时产生了又推翻了很多不同的想法。每隔几分钟费米和
    特勒就得进行一次快速的数字验算。这时,科学家们就都开始行
    动起来,费恩曼用手摇计算机,费米用他经常随身携带的小计算
    尺,而冯纽曼是心算。心算一般比较快,并且使人惊奇的是三个
    答案很接近。”

    ------------------------------.[德]容克


    是费米

    确有其事

    高中知识范围, 物理老师算过.



    简单的说,公式有了,你需要对它积分。随便一个上过高等数学的人都知道我们这个世界大部分函数都不可积的,所以不得不用蒙卡来算。这就牵扯到计算物理。怎么积积的越快,数值结果越好,蒙卡的误差越小这就是一个技术。

    所以很简单,当你一重积分变成多重积分,也就是说每多一重积分计算的难度已指数上升,你就知道为啥计算机不够用了



    简单的说如果连为什么需要计算都不知道,那也就没必要知道了。专业级别人士有什么必要来回答你这种十万个为什么级别的问题。
    楼主知道核能用来发电电费比较便宜就可以了。

    我是做材料细观性质的。

    现在项目算的东西不算难,几个微分方程就能描述。

    不过对于一个分米尺寸的试件,我要把它分成微米尺寸的小单元;每个单元都要算,每隔1微秒算一次。

    这还只是初次估算,之后要根据结果调整网格,把关键的部位切得更细,关键的时间点上分割得更短。

    然后我做的只是细观,还没到微观。

    我不知道答案,但知道怎么获得答案。把大学物理通读一遍就能懂

    因为是很庞大的能量,所以需要非常精确地计算每一点能量的流向,这和推一个人倒地是不同的

    ----发送自 App for Android.

    不是内行也不是干这个的。
    核物理不知道,高能物理大概是:

    主要是前几步,高能和凝聚态不一样,过程都是相对简单的计算,100%的学过场论的人都手算过至少一圈图的过程,二圈图倒是可能没几个人算过,反正我也只算过phi4的。尽管麻烦但是这些过程都是比较简单的,固体算能带那种事我想现在没几个人手算,就连最简单的紧束缚态近似也没有。
    数据分析貌似CERN的Root框架大概30w行C艹代码,数据量也非常大,要知道基本粒子要多少有多少,几十亿个事例轻松就有的吧。


    单拉个窗口看图吧……



    有方程不会解,没完整公式,只有一些不全的关系式。单质子结构都不全。

    时间大部分花在算质子内部结构上。目前的用处主要是确认理论有效性,未来可以用于产生新能源。
    直接从基本理论模拟裂变远超世界计算能力。请继续打钱。我觉得质子结构所需的电费本身,一亿美刀以内能打住。

    模型

    ----发送自 HTC HTC One,Android 4.4.2

    我也听说是费米估算能力很强

    不能笼统的说核物理和高能物理需要的计算量更大,核结构的一些模拟在笔记本上就能跑,高能也是。

    计算量大的要么是相互作用复杂,比如粒子结构;要么是体系大宏观过程多,比如核弹的模拟涉及到流体等等。



    普通服务器双精度性能不足,lz你试着用计算器与正八经的电脑比较一下计算迭代p [ i ]+p [ i ]*3*(1-p[ i ])

    其中p[0]取值为0.01我刚刚用安卓的mathstudio和电脑上的maple双精度迭代比较了一下
    到第十九步就已经是0.171104030(maple)与

    0.035894(安卓)的差别了

    误差的数量级比解还大


    数值法对很多问题是唯一的办法,但是这玩意的稳定性很难搞,不是改成隐式格式就没问题的,只是换台计算机都有可能得到完全不同答案



    安卓这个简易计算app根本就是玩具,只保小数点后六位,没有啥实际意义
    总之对于科学计算,精度那是越高越好

    你精度不够算了也白算

    而普通的游戏,网络服务这些的,它们处理的大部分问题小数点后位数不会向二次映射那样无限制的增长下去,很多甚至就是离散数学,所以没有必要那么高的双精度浮点性能

    我就说一个:流体力学模拟。流体力学模拟的运算量那有多大可以看看一般PC显卡测试都是什么画面。

    为什么核物理要用?举一例:氢弹爆炸时候初级先爆炸并将能量转移到次级,可能的三个途径:初级放出的X 射线施加在次级上的辐射压力,据计算可以达到一千四百万个大气压;也可以是受到初级X 射线辐射的泡沫塑料被加热到离子态并开始挤压次级,据计算可以达到七十五亿个大气压;目前最被接受的理论认为是次级的外壳受到初级X 射线辐射的部分被加热到向外炸开,出于动量守恒向次级其余部分施加的压力,计算的结果是可以达到六百四十亿个大气压。显然的,后两条途径都涉及到流体力学过程,计算精确度与模拟的准确度直接关系到最终氢弹昂贵的核装药利用率和当量。

    术语:Curse of Dimensionality


    我记得当时还有个笑话是说费米和马约拉纳的。

    “理智一点,费米,我并没有谈到你我,我们谈的只是爱因斯坦与玻尔。”

    LZ是不是接受科学家经费申请的领导?不是的话你们回答这问题有用么

    突然想起来以前有个LZ发帖“我都不耻下问了,你们为什么还不回答我”


    有点印象。是谁来着。

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