Datorsimulerad fysik

Jag tänkte nu berätta lite om det område som engagerar mig i en rad aktiviteter, såväl forskning och undervisning som vårt företagande i Algoryx.

Ken Wilson var en framgångsrik fysiker som fick Nobelpriset 1982. Han var också mycket engagerad i att använda datorsimuleringar inom fysik och menade på att datorsimuleringar numera utgör ett tredje ben för naturvetenskapen och därmed kompletterar  den välkända metodiken som går ut på att dels använda sig av matematisk modellering och dels av empiriska experimentella mätningar. Mera om simuleringars betydelse inom vetenskap kan man läsa t.ex. i Stanford Encyclopedia of Philosophy.

Men vad menas då egentligen med simulering? Ja, det finns ingen entydig definition utan ordet har lite olika betydelse i olika sammanhang, men inom fysiken handlar det oftast om att:

1. Man måste först formulera en matematisk modell som beskriver antingen ett verkligt system eller ett tänkt fiktivt system.

2. Sedan måste man skriva ett datorprogram som tar indata om modellen och dess parametrar och sedan ger utdata i enlighet med denna modell.

3. Oftast körs datorprogrammet stegvis, t.ex. genom att man stegar simuleringen steg-för-steg i tiden. Det påminner ganska mycket om en film med separata filmrutor, där varje ruta beskriver ett tillstånd i simuleringen. Man kan därmed göra virtuella experiment eller, för all del … spela datorspel med simuleringarna!

Modellen kan tänkas beskriva allt ifrån molekylvibrationer i mikrokosmos till galaxkluster på kosmisk nivå (fast oftast inte samtidigt), men kan också gälla något så vardagligt som en Volvo-bil, en Scania-lastbil, ett pelletsverk i en LKAB-gruva, en industrirobot från ABB, eller en atlantångare från Daewoo – för att nämna några helt konkreta tillämpningar och samarbeten som vi arbetar med. Vi har t.ex precis påbörjat ett spännande forsknings- och utvecklingsprojekt med Scania och Volvo Cars som ska hjälpa dem att utveckla framtidens fordon med hjälp av simuleringar.

Det som är så fascinerande med fysiken är att naturlagarna för bevarande av energi och rörelsemängd gäller i alla sammanhang och på alla skalor. Jag kommer därför att tänka på en av mina favoritdikter, av William Blake, som börjar så här:

"To see a World in a Grain of Sand
And a Heaven in a Wild Flower,
Hold Infinity in the palm of your hand
And Eternity in an hour..."

En av mina favoritfysiker/matematiker är Emmy Noether som utvecklade en fantastiskt vacker teori som ger fördjupad insikt i hur just konserveringslagarna för energi och rörelsemängd hänger ihop med universums väv, dvs tid och rum. Hon bevisade att det (lite förenklat uttryckt) för varje symmetri i universum finns en motsvarande konserveringslag. Helt enkelt briljant! Dessvärre fick hon aldrig det erkännande hon förtjänade, eftersom hon var kvinna i en mansdominerad forskarvärld. Läs mera om henne här:

Emmy Noether revolutionized mathematics — and still faced sexism all her life, VOX.

The Mighty Mathematician You’ve Never Heard Of, New York Times.

När vi gör datorsimuleringar i fysik så handlar det just väldigt mycket om hur bra vi kan representera dessa konserveringslagar och Noethers teorem. Om vi dessutom delar upp tiden och rummet i diskreta steg, vilket är vanligt i simuleringar, så blir det extra viktigt att uppfylla en diskret version av Noethers teorem.

Emmy Noether

Emmy Noether, 1882-1935.

Jag är så glad över att ha förmånen att arbeta inom ett område där det finns så konkreta och betydelsefulla kopplingar mellan de fundamentala naturlagarna, vardaglig nytta och entreprenörskap!

 

0 Kommentarer

Lämna en kommentar

Lämna ett svar

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *