Instytut Podstawowych Problemów Techniki

UMO-2023/51/B/ST9/00943

2024-07-01 / 2026-12-31

Uczestnik konsorcjum - partner

NCN

OPUS

26

Twierdzimy, że żyjemy w erze ``precyzyjnej kosmologii''; ale prawda jest taka, że ta osiągnięta precyzja wprowadziła nas w erę ``napięć kosmologicznych''. W ostatnich latach zaproponowano około 500 modeli teoretycznych w celu rozwiązania zagadek obserwacyjnych, które wydają się wskazywać na pęknięcia w ``zaakceptowanym '' konsensusowym scenariuszu kosmologicznym, ale nie poczyniono żadnych rzeczywistych postępów. Nasz projekt powstał jako „dowód koncepcji”, aby rozpocząć badanie możliwości badania natury grawitacji, a tym samym pomóc w rozwiązaniu lub przynajmniej złagodzeniu takich napięć, z zupełnie nowej i alternatywnej perspektywy: proponujemy w pełni kompleksowe badanie nowego algorytmu, inspirowanego dynamicznym zachowaniem systemu biologicznego, do zastosowania w symulacjach kosmologicznych i danych kosmologicznych. Naszym głównym celem będzie wykorzystanie tego algorytmu nie tylko jako ``interpolatora'', ale jako narzędzia predykcyjnego. Organizmem biologicznym jest śluzowiec Physarum polycephalum. Złożoność sieci, które tworzy podczas eksploracji przestrzeni, przyciągnęła uwagę kilku gałęzi nauki. Dzieje się tak, ponieważ - z matematycznego, fizycznego i obliczeniowego punktu widzenia - jego zachowanie jest bardzo zbliżone do optymalnych sieci transportowych. Takie sieci w prawdziwym życiu mogą odpowiadać na przykład lokalizacjom żywności, ale mogą odgrywać różne role w innych obszarach i scenariuszach. Każdy etap tego procesu eksploracji przestrzeni został matematycznie skwantyfikowany i opisany, a algorytm numeryczny i kod zostały stworzone w celu symulacji zachowania rzeczywistych plazmodiów za pomocą wirtualnych cząstek. Użyjemy takiego kodu, opartego na zachowaniu systemu biologicznego, który nie ma nic wspólnego z kosmologią i nie doświadcza żadnego wpływu grawitacji, jako narzędzia do rekonstrukcji w sposób niezależny od modelu kosmologicznego kosmicznej sieci, sieci węzłów (gromad i galaktyk), włókien, ścian i pustek, które stanowią wielkoskalową strukturę naszego Wszechświata. Zbadamy, jak wykorzystać ją do rozróżnienia modeli ciemnej energii w dziedzinie GR. W literaturze nie ma podobnych prac; dlatego z pewnością możemy stwierdzić, że pracujemy nad nową granicą w kosmologii. Główne punkty, które wspierają innowacyjne aspekty tego projektu to: 1. napisanie od podstaw własnego kodu implementującego algorytm Physarum do badania natury grawitacji wraz z ukierunkowanymi i dedykowanymi aktualizacjami; 2. przeprowadzenie obszernej i kompleksowej analizy wyników uzyskanych z symulacji opartych na Physarum i porównanie ich z rzeczywistymi katalogami danych dostępnymi z przeglądów VIPERS, SDSS i GAMA; 3. sprawdzenie wszelkich podobieństw lub różnic między rzeczywistymi i symulowanymi sieciami, próbując określić wyraźną preferencję dla jednego modelu kosmologicznego nad innym. Jeśli chodzi o punkt 1): będziemy trenować nasz własny kod Physarum z najbardziej aktualnymi symulacjami kosmologicznymi opartymi na GR; będziemy badać sposób włączenia do niego dwóch rodzajów cząstek wirtualnych, które powinny odgrywać role DM i barionów; będziemy aktywnie włączać do kodu pustki, jako obszary o zbyt małej gęstości. Wykorzystamy symulacje oparte na wielu różnych modelach kosmologicznych, dzięki czemu możemy uzyskać bijektywną zgodność między parametrami Physarum a parametrami kosmologicznymi. Ważnym krokiem w naszej analizie będą symulacje numeryczne: czy możemy zidentyfikować szczególne cechy obserwacyjne w sieci Physarum, które mogą, ale nie muszą, okazać się charakterystyczne dla konkretnego modelu, a szkodliwe dla innych? Gdy kod zostanie w pełni zoptymalizowany, przeprowadzimy symulacje przy użyciu katalogów VIPERS, SDSS i GAMA jako danych wejściowych: uzyskując informacje o parametrach Physarum, które najlepiej pasują do całej sieci (zarówno widocznej, jak i niewidocznej), powinniśmy być w stanie wywnioskować, które modele kosmologiczne są skutecznie faworyzowane przez najbardziej złożoną strukturę struktury wielkoskalowej. Porównanie będzie miało charakter formalny, użyjemy ogólnodostępnych algorytmów Friend-Of-Friend (FoF), aby zidentyfikować struktury w sieci Physarum i porównać je z tymi w rzeczywistym katalogu, uzyskując informacje o ich statystykach i topologii. Posłuży to zarówno do oceny w pełni fizycznego i matematycznego sposobu skuteczności nowego algorytmu jako narzędzia kosmologicznego, jak i, w oparciu o modelową niezależność kodu, pozwoli nam jednoznacznie ocenić preferencje dla jednego lub drugiego modelu.