“Der Weltraum, ist groß, verdammt groß, du kannst dir einfach nicht vorstellen, wie groß, gigantisch, wahnsinnig riesenhaft der Weltraum ist. Du glaubst vielleicht, die Straße runter bis zur Drogerie ist eine ganz schöne Ecke, aber das ist einfach ein Klacks verglichen mit mit dem Weltraum.”
So lautet bekanntlich die Einleitung des Reiseführers “Per Anhalter durch die Galaxis”. Und diese Einleitung ist absolut korrekt. Das Universum IST verdammt groß und wir können uns diese Distanzen nicht vorstellen. Das Universum ist auch verdammt alt und das können wir uns ebenfalls nicht vorstellen. Wir wollen es uns aber gerne vorstellen, denn wir wollen Bescheid darüber wissen, was im Universum passiert und wie es sich entwickelt hat. Mit reiner Beobachtung ist es da aber nicht getan, denn wir können nicht die vielen Milliarden Jahre abwarten, innerhalb derer sich die diversen kosmologischen Prozesse abspielen. Aber das ist auch nicht nötig. Denn wir können uns ein künstliches Universum basteln und seine Entwicklung im Computer simulieren. Da dauert es dann vom Urknall bis zur Gegenwart nur noch ein paar Minuten und wir können in Ruhe alles erforschen was uns interessiert. Natürlich nur, wenn das simulierte Universum möglichst detailgetreu ist. Und was das angeht, haben Astronomen aus den USA, Deutschland und Großbritannien kürzlich einen wichtigen Schritt vorwärts gemacht.
Computersimulationen an sich sind natürlich keine große Neuigkeit sondern Standard in vielen wissenschaftlichen und technischen Bereichen. Aber besonders in der Astronomie sind sie von fundamentaler Bedeutung. Im Gegensatz zu anderen Disziplinen gibt es für die Astronomen keine Möglichkeit, ihre Studienobjekte direkt zu untersuchen und dazu kommt noch das Problem der langen Zeiträume. Man kann die Galaxien, Sterne und Planeten nicht aus unmittelbarer Nähe untersuchen und man kann ihnen nicht mal vernünftig dabei zusehen, wenn sie das machen, was sie machen. Will man wissen, wie Planeten entstehen, muss man ihnen Millionen Jahre lang zusehen. Will man wissen, wie sich ein Stern entwickelt, muss man ihn ein paar Milliarden Jahre lang beobachten. Und so weiter. Das ist in der Praxis natürlich unmöglich, also simuliert man diese Vorgänge im Computer.
In einigen Bereichen läuft das schon richtig gut. Wenn es zum Beispiel um die Bewegung der Himmelskörper geht, dann ist unser Wissen um die zugrunde liegenden Naturgesetze so gut, dass unsere Computersimulationen enorm genau sind. Wir können die Bewegung von Sonne, Erde und Mond so exakt vorhersagen um Sonnen- oder Mondfinsternisse mit hoher Genauigkeit zu prognostizieren. Wir wissen schon Jahre vorher wo genau sich im All ein Planet oder ein Asteroid befindet und können Raumsonden dort punktgenau landen lassen. Und es ist sogar vergleichsweise simpel, entsprechende Computermodell zur Simulation der Bewegung von Planeten zu schreiben bzw. zu benutzen (ich habe so ein Programm früher schon mal vorgestellt). Aber in anderen Bereichen wird es schon ein wenig schwieriger. Es ist immer noch ein absolut nicht-triviales Problem, die Vorgänge im Inneren eines Sterns am Computer zu simulieren. Es gibt natürlich jede Menge Forschung auf diesem Gebiet und die Leute die sich mit der numerischen Astrophysik beschäftigen haben teilweise enorm ausgeklügelte Programme geschrieben. Aber am Ende kann der Computer natürlich nur das simulieren, was wir ihm auftragen und so lange wir nicht ausreichend gut über die einzelnen Prozesse im Inneren der Sterne Bescheid wissen können wir dem Computer auch nicht sagen, was er simulieren soll.
Bei der Simulation des gesamten Universums kommt dann auch noch der immense technische Aufwand dazu. Ein paar Planeten im Computer um ihren Stern laufen zu lassen, ist heutzutage kein Problem mehr. Aber ein Kosmos voller Sterne, Galaxien, Gas, dunkler Materie, dunkler Energie, usw über die gesamte Lebensdauer des Universums zu simulieren, braucht schon ordentlich Computerpower. Zum Beispiel 8192 Prozessoren die 19 Millionen CPU-Stunden lang rechnen (was ungefähr 2000 Jahren Rechenzeit auf einem einzelnen Computer entspricht). So viel war nötig, um das Illustris-Projekt umzusetzen.
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