A ReaDiVivus szimulációs rendszer
A ReaDivivus egy klasztereken futtatható, sztochasztikus reakció-diffúzió (RD) problémák megoldására
tervezett párhuzamos szimulációs rendszer. Felépítésének és működésmódjának köszönhetően képes kifejezetten
nagy számításigényű 3D problémák kezelésére is.
Reakció, diffúzió és a természet mintázatai
Miként határozzák meg a gének arcunk vagy kezünk alakját? Hogyan
alakulnak ki az állatok kültakaróján látható mintázatok? Vajon milyen
törvények határozzák meg az olyan spontán, természetes módon kialakuló
mintázatok felépülését, mint amilyenek egy pillangó szárnyán, vagy egy
kettévágott achát kristály belsejében megfigyelhetők? Hogyan alakulnak
ki a régóta ismert Liesegang-gyűrűk?
Az ilyen és ezekhez hasonló kérdésekre a válasz gyakorta egy megfelelően
kialakított reakció-diffúzió modell, amely matematikailag általában egy csatolt,
nemlineáris parciális differenciálegyenleteket tartalmazó egyenletrendszernek
feleltethető meg. Ezeket az egyenleteket azonban sajnos összetettségük miatt
az esetek többségében lehetetlen a szokványos matematikai eszközökkel
(vagyis papíron ceruzával) megoldani. Éppen ezért a reakció-diffúzió rendszerek
tanulmányozása terén a mai napig számos megoldatlan problémát találhatunk.
Matematikai leírás
Egy RD-mechanizmust kitalálni, illetve a megfelelő egyenleteket felírni
általában nem különösebben nehéz feladat. Ami viszont az egyenletek helyességének
ellenőrzését illeti, arra - a problémák említett matematikai összetettsége miatt - az
egyetlen használható eszköz a számítógépes szimuláció.
A reakció-diffúzió rendszerek viselkedése az emberi gondolkodás számára túlságosan
összetett ahhoz, hogy egy-egy a modellen végrehajtott látszólag apró módosítás
valamennyi hatását egyszerűen a józan eszünkre hagyatkozva előre megjósolhassuk.
Ugyanezzel a problémával szembesülünk akkor is, amikor a modell felállítása előtt
megpróbáljuk felmérni azoknak az effektusoknak a körét, amelyeket egyáltalán érdemes
figyelembe venni. Egy jelenséget látva annak magyarázatára számos, fizikai és kémiai
szempontból egyaránt kifejezetten "tetszetős" modellt konstruálhatunk, amelyeknek
aztán az egyetlen közös tulajdonsága az lesz, hogy a gyakorlatban egyik se működik.
Ilyenkor az egyetlen dolog, amit tehetünk az, hogy készítünk egy valamelyest eltérő
modellt, és újra próbálkozunk. A ReaDiVivus egy olyan eszközkészlet, ami ezt a
próba-szerencse játékot jelentpsen lerövidítheti, hiszen segítségével egy-egy újabb
modell megalkotása esetenként csak néhány sornyi kód megírását jelenti.
Egy esettanulmány: a Liesegang-jelenség vizsgálata
A ReaDiVivus rendszerhez az alapötletet egy korábbi kutatási projekt, az úgynvezett
Liesegang-jelenség tanulmányozása szolgáltatta.
Bár maga a jelenség sem nem új (1896-ban fedezte fel egy nénem kémikus), sem nem tűnik
kémiai szempontból különösebben bonyolultnak, egészen 2003-ig nem volt rá egységes magyarázat.
Ez elsősorban a fentebb említett matematikai és számítástechnikai nehézségeknek köszönhető.
A ReaDiVivus rendszer képességeit pillanatnyilag legjobban e korábbi projekt eredményeinek
bemutatásával lehet demonstrálni.