شبیه سازی مولکولی تشکیل یخ راهی برای بهبود مدل سازی آب وهوا
مینی کامپیوتر: پژوهشگران با ترکیب هوش مصنوعی و مکانیک کوانتوم، آنچه را که هنگام یخ زدن آب در سطح مولکولی روی می دهد، شبیه سازی کرده اند. نتیجه این تحقیقات می تواند در مدل سازی آب و هوایی استفاده گردد.
به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «ساینس دیلی»، یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه پرینستون با کاربرد هوش مصنوعی روی معادله های محلولی مربوط به رفتار کوانتومی اتم ها و مولکول های منفرد، موفق شد مراحل اولیه شکل گیری یخ را به درستی شبیه سازی کند. نتیجه این تحقیق کامل ترین شبیه سازی تا زمان حاضر از مراحل اولیه در «هسته زایی» (nucleation) یخ است؛ فرآیندی که برای مدل سازی آب و هوا اهمیت دارد.
این شبیه سازی با دقت کوانتومی توصیف می کند که چگونه مولکول های آب به یخ جامد تبدیل می شوند. این سطح از دقت که به سبب قدرت محاسباتی مورد نیاز در گذشته ناممکن تلقی می شد، زمانی امکان پذیر شد که پژوهشگران شبکه های عصبی عمیق را که شکلی از هوش مصنوعی است، وارد متدهای خود کردند.
توانایی مدل سازی مراحل اولیه یخ زدن آب – فرآیندی که هسته زایی یخ نامیده می شود – می تواند سبب بهبود در دقت مدل سازی آب و هوایی و اقلیمی و همین طور فرآیندهای دیگری مانند انجماد سریع مواد غذایی شود. این رویکرد جدید پژوهشگران را قادر می سازد که فعالیت صدها هزار اتم را در مدت زمانی هزاران بار طولانی تر از مطالعات پیشین ردیابی کنند، هر چند این زمان نیز هنوز تنها کسری از ثانیه است.
محاسبات مکانیک کوانتوم پیچیده هستند و به قدرت محاسباتی بزرگی نیاز دارند. کامپیوتر ها در دهه ۱۹۸۰ میلادی موفق شدند تنها یکصد اتم را در مدتی در حدود چند تریلیونیوم ثانیه شبیه سازی کنند. پیشرفت های بعدی در قدرت محاسباتی سبب افزایش شمار اتم ها و زمان شبیه سازی شد اما نتیجه همچنان بسیار کمتر از چیزی بود که برای مشاهده فرآیندهای پیچیده مانند هسته زایی یخ مورد نیاز است.
هوش مصنوعی راه حلی جالب دراین زمینه فراهم نموده است بدین سان که پژوهشگران یک سامانه هوش مصنوعی را طوری آموزش می دهند که تعداد کمی از محاسبات منتخب کوانتومی را شناسایی کند. این هوش مصنوعی بعد از آموزش می تواند نیروی بین اتم ها را که قبل از آن ندیده است، با دقت مکانیک کوانتوم محاسبه کند.
این رویکرد «یادگیری ماشینی» قبل از این در کاربردهای روزمره ای مانند شناسایی صدا و خودرو های بدون راننده (خودران) به کار رفته است. بگفته پژوهشگران، هسته زایی یخ یکی از کمیت های مهم ناشناخته در مدلهای پیش بینی آب و هوا است. شبیه سازی جدید در این خصوص یک گام مهم روبه جلو است.
شبیه سازی مولکولی جدید می تواند به پیش بینی وضعیت های آینده کمک نماید و همین طور تشکیل یخ در وضعیت نامساعد فشار و دما مانند شرایط موجود در سیارات دیگر را برآورد کند.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب