АЛГОРИТМІЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ МОДЕЛЮВАННЯ КВАНТОВИХ ФЛУКТУАЦІЙ У ТРИВИМІРНИХ КЛІТИННИХ АВТОМАТАХ ДЛЯ КОСМОЛОГІЧНИХ СИМУЛЯЦІЙ

Анотація

У представленій науковій роботі розглядається алгоритмічна реалізація моделювання квантових флуктуацій у тривимірних клітинних автоматах (3D КА) з метою їх застосування в космологічних симуляціях еволюції Всесвіту. Клітинні автомати за своєю природою є масово паралельними системами, оскільки всі комірки оновлюються одночасно (або, принаймні, незалежно в рамках одного часового кроку). Це робить їх ефективними для моделювання систем з великою кількістю взаємодіючих елементів. Тобто еволюція клітинних автоматів розглядається як процес обчислення. З цієї точки зору, Всесвіт сам може бути величезною обчислювальною системою, а його історія – результатом виконання певної фундаментальної програми або алгоритму. Ця ідея лежить в основі парадигми цифрової фізики. Наше дослідження зосереджено на теоретичному обґрунтуванні явища квантових флуктуацій, їх фундаментальній ролі у формуванні великомасштабної структури Всесвіту як первинних збурень, що ініціюють гравітаційний колапс матерії. Детально описано методологію імплементації стохастичного механізму генерації флуктуацій у дискретній просторово-часовій парадигмі 3D КА. Розглянуто визначення станів клітин, що характеризуються інтенсивностями космологічних компонент (матерії-енергії, темної матерії, темної енергії), а також станом "Void" (порожнеча). Представлено алгоритмічні кроки генерації випадкових збурень, що моделюють квантові флуктуації, та їх вплив на локальні інтенсивності зазначених компонент. Особливу увагу приділено інтеграції розробленого алгоритму в ширшу систему моделювання, що включає алгоритми гравітаційної взаємодії, розширення простору під дією темної енергії та дифузійних процесів. Розглядається роль стохастичного алгоритму у порушенні симетрії, генерації первинних "зародків" неоднорідностей та підвищенні реалізму космологічної моделі. Запропонований підхід до побудови математичної моделі з використанням клітинних автоматів є спрощеною моделлю створення Всесвіту,, а вибір параметрів флуктуацій потребує подальшого дослідження, аналізу, уточнення  та калібрації.

Ключові слова: клітинний автомат, тривимірне моделювання, квантові флуктуації, еволюція Всесвіту, космологічні симуляції, алгоритм, стохастичні процеси, структура.