Coa aparición de computadores cada vez máis potentes, explica o enxeñeiro informático Edgar Figueiras, as simulacións numéricas teñen adquirido un papel destacado en todos os campos da ciencia pero especialmente na física, onde se buscan as implicacións das ecuacións teóricas para descubrir un nivel cada vez maior de complexidade nos fenómenos. Estas simulacións, detalla, actúan como un laboratorio virtual no que obter unha visión máis profunda dos fenómenos a través da visualización. Co obxectivo de avanzar neste eido, na súa tese de doutoramento este investigador desenvolveu algoritmos e ferramentas para representar e observar simulacións de experimentos de física cuántica computacional.
A tese estivo dirixida polos profesores do campus de Ourense David N. Olivieri e Ángel Paredes e foi defendida por Edgar Figueiras a través de videoconferencia desde o Centro de Intelixencia Artificial de Ourense, onde traballa actualmente. “Esta tese explora dúas ideas interrelacionadas dentro do ámbito da informática: o concepto de laboratorio virtual e un método de visualización novo. Para ambas emprégase como exemplo o estudo da ecuación de Schrödinger”, comenta o investigador.
Avances acadados
Segundo explica Edgar Figueiras, a tese comeza “cunha idea clara de que a simulación é un tipo de experimento”, “un modo a través do que implementar o método científico”. As simulacións, recalca, “actúan como un laboratorio virtual no que levar a cabo a observación a través da visualización, o que permite desenvolver o método científico tal e como se faría sentado no banco dun laboratorio”.
Froito desta consideración e como científico informático, engade, a súa tese xurdiu para contribuír a dar resposta a dúas preguntas: como se poderían facer os experimentos virtuais coa maior similitude aos realizados nun laboratorio real? e como pode a representación nunha contorna virtual dunha simulación numérica conducir a unha comprensión máis profunda, tal como se o investigador ou estudante se encontrase experimentando nun laboratorio real?. “Esta tese aborda estes problemas desde a perspectiva dun científico informático desenvolvendo algoritmos e ferramentas”, afirma o xa doutor pola Universidade de Vigo.
Como área de traballo, na tese empregouse a simulación da ecuación de Schrödinger lineal e non lineal. “Se ben podería terse utilizado calquera outra, esta ecuación consta dun atractivo particular para os laboratorios virtuais dada a súa complexidade e necesidade de cálculo numérico”, comenta o investigador. Debido ás profundas implicacións das ondas non lineais na física moderna, “o estudo destas ecuacións é de grande interese, porén, a representación visual tradicional empregada cos resultados numéricos destes sistemas ten carecido das propiedades necesarias para favorecer unha comprensión máis profunda”. Ademais, engade Edgar Figueiras, está “a necesidade de explorar unha gama máis completa do espazo de parámetros, dada a imposibilidade de obter solucións de forma pechada”. En calquera caso, matiza, os métodos de visualización desenvolvidos na tese poderían xeneralizarse para calquera función de densidade tridimensional.
Defendida por compendio de artigos relacionados, a tese desenvolvéndose polo tanto en tres bloques. No primeiro abarca o concepto de laboratorio virtual, que aborda a forma na que debe realizarse a “observación” virtual da simulación. O segundo trata sobre a observación que se ve reforzada pola visualización na que se emprega unha representación axeitada, dando lugar a unha comprensión máis profunda da física. E no terceiro mellórase o instrumental, o que permite maior flexibilidade para observar e representar os fenómenos.
A tese, explica o seu autor, achega resultados relevantes á súa área de coñecemento. Así, destaca como nela desenvólvese un algoritmo innovador que proporciona unha representación que encaixa co comportamento das ecuacións de onda de Schrödinger, dado que captura a súa natureza probabilística a través da representación con nubes de partículas. O método empregado, detalla, “permite capturar as características (por exemplo o patrón de difracción da onda) que non son posibles empregando métodos tales como os isocontornos, os cales conducen a engano a través das representacións e comprometen a comprensión dos fenómenos complexos subxacentes”. Nos resultados tamén indica como desenvolveron varios laboratorios virtuais para probar diferentes solucións para a representación.
“O laboratorio como ferramenta permite probar os algoritmos desenvolvidos e ambas cousas en conxunto (laboratorio + algoritmo) supoñen unha solución aos problemas abordados na tese”, salienta o investigador, que lembra como “o laboratorio virtual facilita a metodoloxía científica para a exploración das ondas lineais e non lineais”. O desenvolvemento da tese deu lugar tamén á creación dunha web na que se aloxa parte do contido xerado e pretende servir como ferramenta de visualización na web.
