لغز حير العلماء.. تقدم مذهل في معالجة أقدم مشكلة لم تُحل في الفيزياء

(MENAFN- Al-Bayan) حقق العلماء تقدماً مذهلاً في معالجة أقدم مشكلة لم يتم حلها في الفيزياء وهي فهم نمط وبنية الاضطرابات، وهي ظاهرة طبيعية لوحظت في السوائل مثل المياه المتحركة، والتيارات المحيطية، والتفاعلات الكيميائية، وتدفق الدم، وسحب العواصف، وأعمدة الدخان وحتى بلازما النجوم.

ورغم أن التدفق المضطرب فوضوي وغير منتظم، حيث تتسبب حركة السائل في تكوين دوامات أو تيارات أكبر ثم تفككها إلى دوامات أصغر، فقد حاول الفيزيائيون منذ فترة طويلة دراسة هذه العملية ونمذجتها باستخدام المعادلات الرياضية والحواسيب، ولكن حتى مع وجود الحواسيب العملاقة الحديثة، فإن المحاكاة المباشرة والدقيقة لجميع التدفقات المضطربة، باستثناء أبسطها، ظلت بعيدة المنال، كما ظل الفهم الكامل للاضطرابات بعيد المنال عن الباحثين لمدة 200 عام، وفقا لـ " سي إن إن".

نهج جديد

والآن، نجح فريق دولي من العلماء في ابتكار نهج جديد لمحاكاة الاضطرابات باستخدام طريقة مستوحاة من الحوسبة الكمومية، وهو ما تم وصفه في دراسة نشرت في 29 يناير في مجلة Science Advances .

وقال نيك جوريانوف، الباحث في قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد والمؤلف الرئيسي للدراسة، إن القدرة على النمذجة والتنبؤ الدقيق بالظاهرة 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.

مشكلة لم يتم حلها

وأضاف "لقد كانت الاضطرابات وما زالت مشكلة لم يتم حلها بمعنى أننا لا نستطيع محاكاة التدفقات الواقعية على أجهزة الكمبيوتر".

وأوضح جوريانوف أن أغلب المناهج السابقة لمحاكاة الاضطرابات اعتمدت على استراتيجية حتمية، والتي تنتج دائمًا نفس النتائج مع مجموعة محددة من الظروف الأولية. وبدلاً من ذلك، قام البحث الجديد بنمذجة التقلبات في الاضطرابات بشكل احتمالي، وهو نهج يأخذ في الاعتبار التباين العشوائي.

خوارزمية

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

تعالج أجهزة الكمبيوتر الكمومية المعلومات بطريقة مختلفة تمامًا عن أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.حيث تقوم أجهزة الكمبيوتر التقليدية بإجراء الحسابات باستخدام البتات: وهي البيانات الموجودة في حالة واحدة في كل مرة، سواء كانت واحدًا أو صفرًا. ةتستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البتات الكمومية أو "Qbits"، والتي يمكن أن تكون أصفارًا أو واحدًا أو أي مزيج من الاثنين. واستخدم مؤلفو الدراسة أداة رياضية تسمى شبكات التنسور والتي يمكن استخدامها لمحاكاة نظام كمومي.

تسريع الحسابات

وقال جيمس بيتي، الباحث المشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه وزميل قسم علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون في نيوجيرسي، إن الفريق تمكن من تسريع الحسابات المعقدة اللازمة للبدء في فهم الاضطرابات، وذلك من خلال تمثيل البيانات باستخدام العديد من المتغيرات بطريقة أبسط.

وأضاف بيتي: "إن المحاكاة التي يقومون بتشغيلها هي محاكاة سلسة لخلط وتفاعل مادتين كيميائيتين مختلفتين. وباستخدام هذا التمثيل، فهذا يعني أن هذه الحسابات المعقدة إلى حد ما يمكن أن تستخدم ذاكرة أقل بشكل كبير، مما يسمح بتشغيلها على جهاز كمبيوتر محمول".

وقال "إن رؤية تقدم مثل هذا (استخدام أفضل للذاكرة بمقدار مليون مرة وتسريع في الحساب بمقدار ألف مرة) أمر نادر الحدوث، مما يجعل هذا تقدمًا مثيرًا في نمذجة الاضطرابات".

لغز الاضطرابات

وأضاف بيتي أن الدراسة الأخيرة تمثل "تقدما مذهلا"، لكنها ليست القصة الكاملة، مشيرا إلى أنها لا تعالج قضايا الحجم، أو كيف ترتبط الدوامات المضطربة ذات الأحجام المختلفة ببعضها البعض.

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

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

مثير للإعجاب للغاية

وقال يونج شيانج هوانج، 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".

وقال هوانج، الذي لم يشارك في الدراسة، إن جوريانوف وفريقه توصلوا إلى طريقة جديدة تقلل بشكل كبير من استخدام الذاكرة والتعقيد الحسابي. ومع ذلك، فقد وافق على أن هذه الطريقة لا ترسم صورة كاملة، وهو ما قال إنه صعب للغاية بسبب النطاق الواسع من المقاييس المعنية.

أقدم مشكلة لم تُحَل في الفيزياء

ووُصِفَت الاضطرابات بأنها أقدم مشكلة لم تُحَل في الفيزياء.

وقال جوريانوف إن الميزة الحسابية للتقنية الجديدة التي كشفت عنها الدراسة تفتح مجالات جديدة لم يكن من الممكن الوصول إليها من قبل في مجال فيزياء الاضطرابات للتحقيق العلمي، على الرغم من أن النتائج لا تعني حقًا أن لغز الاضطرابات قد تم حله. وقال إن هذا يتطلب خوارزميات أو أجهزة حاسوبية جديدة تمامًا مقارنة بما هو متاح الآن.

وقال غوريانوف "لقد نظر العديد من العلماء الموهوبين والمتفوقين بشكل استثنائي إلى هذه المشكلة، ولكننا ما زلنا غير قريبين حتى من حلها".

MENAFN09022025000110011019ID1109185624

إخلاء المسؤولية القانونية:
تعمل شركة "شبكة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا للخدمات المالية" على توفير المعلومات "كما هي" دون أي تعهدات أو ضمانات... سواء صريحة أو ضمنية.إذ أن هذا يعد إخلاء لمسؤوليتنا من ممارسات الخصوصية أو المحتوى الخاص بالمواقع المرفقة ضمن شبكتنا بما يشمل الصور ومقاطع الفيديو. لأية استفسارات تتعلق باستخدام وإعادة استخدام مصدر المعلومات هذه يرجى التواصل مع مزود المقال المذكور أعلاه.