Von Körpern und Kräften

Vielkörpersimulation auf modernen Rechenarchitekturen

Wissen | Know-how

Seit Isaac Newton der berühmte Apfel auf den Kopf fiel, weiß man, wie die Gravitationskräfte zwischen zwei Körpern zu berechnen sind. Aber schon bei dreien wirds schwierig, und wenn man es mit vielen zu tun hat, helfen nur Simulationen mit wirklich schnellen Rechnern: Tesla K20X, Xeon Phi und Co übernehmen Sie!

Klar, dass Nvidias Kepler-Chip bei diesem Namen prädestiniert ist, sich dieser Aufgabe anzunehmen, ist doch der Name seit Jahrhunderten fest mit dem Zweikörperproblem verbunden. Schon lange vor Newton hatte Johannes Kepler die nach ihm benannten Gesetze gefunden, um die Bahnen und Umlaufzeiten der Planeten im Sonnensystem zu beschreiben. Wahrscheinlich hatten aber schon die alten Griechen lange vor ihm Kenntnis davon und mit dem Mechanismus von Antikythera sogar einen Analogcomputer zur Bahnberechnung.

Aber wohl erst Newton lieferte 1685 in seiner Principia Mathematica die exakte Lösung des Gravitationsgesetzes für zwei Körper – übrigens als kleiner Tipp für Lateiner: das Newtonsche Original hat die Universität von Cambridge komplett als Scan im Internet veröffentlicht. Heerscharen von Astronomen und Mathematikern versuchten daraufhin, das Gravitationsgesetz in exakter Form auf drei und mehr Körper anzuwenden, kamen aber über Näherungsverfahren nicht hinaus. Seit Ende des 19. Jahrhunderts weiß man (Sätze von Bruns und Poincaré), dass es überhaupt keine elementare Lösung geben kann. So ist man auf Störungsrechnung oder iterative Mehrkörpersimulation angewiesen. Zu diesem Behufe beschäftigten die Astronomen in früheren Zeiten zuhauf menschliche Rechner, etwa um den Halleyschen Kometen zu berechnen (1759 als Gemeinschaftsleistung dreier Astronomen) oder um umgekehrt aus den beobachteten Bahnstörungen neue (Zwerg-)Planeten wie Pluto zu finden. Die Human Computers zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren zumeist Frauen, die für die Hälfte des Lohnes ihrer männlichen Kollegen rechnen mussten. ...

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