Centrum Fizyki Teoretycznej PAN

Imagine an explosion so powerful it can outshine our Sun by a hundred quintillion, that is 10 to the 20th power. These are gamma-ray bursts (GRBs), the most intense explosions in the cosmos since the Big Bang. GRBs occur either when a massive star collapses or when two compact objects (two neutron stars or a neutron star and a black hole) merge. In both scenarios, a black hole forms, and the surrounding gas spirals inward, launching twin jets at nearly the speed of light.

In just seconds, a single GRB can release more energy than the Sun emits in its entire ten-billion-year lifetime. These cosmic cataclysms forge many of the universe’s heavy elements and send ripples through spacetime, the gravitational waves, which we detect on Earth today and will observe in even greater detail with future space-based interferometers. Because no Earthbound experiment can recreate these extreme conditions, we employ numerical simulations performed in super-computers. By modeling the furious interplay of gas, magnetic fields, and gravity, we reveal how jets ignite, how light is produced, and what signatures to seek with telescopes and gravitational-wave detectors.

In this talk, I will guide you through the physics of GRBs, showing our simulation techniques, and highlight key insights into these spectacular cosmic explosions.

Komputery są coraz szybsze i mniejsze, ale nieuchronnie zbliżamy się do granic ich możliwości. Problem nie leży już tylko w inżynierii – zaczynamy napotkać fizyczne ograniczenia które wyznaczają granice ich mocy obliczeniowej. Co nas czeka dalej? Coraz więcej wskazuje na to, że przyszłość nie będzie należeć do coraz szybszych procesorów, lecz do zupełnie nowych maszyn – komputerów inspirowanych naturą, które przetwarzają informacje w radykalnie inny sposób.

Natura od zawsze podąża najprostszą i najbardziej efektywną drogą – zgodną z fundamentalnymi prawami fizyki. Układy fizyczne spontanicznie dążą do stanów o najniższej
energii, rozwiązując przy tym złożone problemy: minimalizują koszty, osiągają równowagę, adaptują się. Te procesy można odczytać jako naturalne obliczenia. Dlaczego więc nie
zbudować komputerów, które działają na tej samej zasadzie? Tak narodziła się koncepcja obliczeń inspirowanych naturą -  interdyscyplinarnego podejścia łączącego fizykę, biologię i
informatykę, które otwiera drzwi do zupełnie nowych form przetwarzania informacji.

W trakcie tego wykładu opowiem o najciekawszych odkryciach w dziedzinie komputerów inspirowanych natura. Opowiem w jaki sposób możemy zaprząc zjawiska takie jak fluktuacje
cieplne czy ruchy Browna by rozwiązywać złożone problemy przy minimalnym zużyciu energii. Przyjrzymy się także fizycznym układom które naśladują sposoby działania neuronów i synaps w ludzkim mózgu, tworząc systemy uczące się i przetwarzające dane z niezwykłą sprawnością. Takie systemy potrafią równolegle analizować ogromne przestrzenie rozwiązań, oferując skalę przetwarzania nieosiągalną dla cyfrowych maszyn.

Ten wykład to zaproszenie do świata, w którym kierunek rozwoju obliczeń wyznaczają już nie ograniczenia inżynierii, lecz fundamentalne prawa fizyki. Być może największy przełom w
historii informatyki dopiero przed nami – i to właśnie natura wskaże nam drogę do komputerów przyszłości: szybszych, potężniejszych i jednocześnie bardziej przyjaznych dla naszej planety.

Słowo „chaos” oznacza po grecku ziejącą głębię, przepaść, czeluść, ale „Chaos” był także imieniem boga (lub bogini) który w greckiej mitologii był odpowiednikiem
„wielkiego wybuchu” gdyż od chaosu wziął początek cały wszechświat. Pół wieku temu chaos uzyskał przymiotnik „deterministyczny” i stał się terminem naukowym.

Wydawać by się mogło, że deterministyczny chaos jest oksymoronem, to znaczy zlepkiem dwóch wzajemnie wykluczających się pojęć, ale to połączenie stanu totalnego zamętu z pełną przewidywalnością” ma jednak racjonalne uzasadnienie. Pełna przewidywalność jest rzeczywiście w deterministycznym chaosie teoretycznie osiągalna, ale za cenę której
nikt nie jest w stanie zapłacić. Dogłębne zrozumienie istoty deterministycznego chaosu stało się możliwe dzięki wykzystaniu komputerów i dlatego ta dziedzina wiedzy rozwinęła się stosunkowo niedawno choć pierwsze domysły na ten temat snuli uczeni już ponad sto lat temu.

Komputer jest obecnie podstawowym narzędziem do badania chaosu i będzie on wykorzystany w tym wykładzie do pokazania na prostych przykładach na czym polega deterministyczny chaos. Między innymi zostanie wyjaśniony „efekt motyla”, jeden z pierwszych przykładów deterministycznego chaosu.