8 Â

WIAT

N

AUKI

Maj 1997

Bomby z komputera

W kr´gach naukowych trwa dyskusja

nad amerykaƒskimi planami prowadzenia

„wirtualnych prób” broni jàdrowej

D

wa zagadnienia sp´dzajà sen z powiek ludziom odpo-
wiedzialnym za broƒ jàdrowà (oraz ka˝demu w pro-
mieniu kilkuset kilometrów od magazynów tej broni).

Po pierwsze, czy g∏owica jàdrowa przewo˝ona z miejsca na
miejsce przez 20 lat mo˝e przypadkowo odpaliç? I po drugie,
czy odpali zgodnie z planem, gdyby zasz∏a potrzeba jej u˝y-
cia? Od roku 1992 fizycy w laboratoriach broni jàdrowej De-
partamentu Energii USA (DOE), odpowiedzialni za bezpie-
czeƒstwo i niezawodnoÊç bomb wodorowych, nie mieli okazji
sprawdziç swoich obliczeƒ ani niszczàc takà bomb´, ani deto-
nujàc jà pod ziemià. Je˝eli Senat ratyfikuje porozumienie o ca∏-
kowitym zakazie prób jàdrowych podpisane przez Stany Zjed-
noczone we wrzeÊniu ub. r., a Indie wycofajà swój sprzeciw,
nie b´dzie to mo˝liwe ju˝ nigdy. Jak zatem badacze majà jedno-
znacznie odpowiedzieç na dwa wymienione wy˝ej pytania?

Rozwiàzanie proponowane przez DOE, czyli plan zwany

naukowym nadzorem nad zapasami broni – to u˝ycie naj-
szybszych z istniejàcych superkomputerów do symulacji wy-
buchów jàdrowych oraz wszelkich istotnych zmian, które
mogà zachodziç w g∏owicach podczas d∏ugiego ich magazy-
nowania. Plan ten wywo∏a∏ o˝ywionà dyskusj´ wÊród zwo-
lenników kontroli zbrojeƒ, strategów wojskowych, a ostat-
nio równie˝ w Êrodowiskach akademickich. Rozwa˝ano, czy
jest op∏acalny, realny i sensowny.

DOE spodziewa si´ zgodnie z szacunkami Christophera

E. Paine’a, specjalisty ds. broni jàdrowych w Natural Resour-
ces Defense Council, ˝e realizacja tego zamierzenia b´dzie
kosztowaç oko∏o 4 mld dolarów rocznie – o 400 mln dolarów
wi´cej ni˝ departament przeznacza∏ rocznie na uzbrojenie
w latach zimnej wojny. DOE zamierza wydaç przesz∏o 2 mld
dolarów na nowe urzàdzenia badawcze, wÊród nich National
Ignition Facility [patrz: Âwiat Nauki, luty 1997, strona 10]. Za

pomocà tych urzàdzeƒ, wykorzystujàcych lasery, êród∏a pro-
mieni X oraz impulsy elektryczne, b´dzie si´ badaç, jak sk∏ad-
niki bomb jàdrowych (z wyjàtkiem pojemników promienio-
twórczych) zachowujà si´ w warunkach zbli˝onych do
wyst´pujàcych w czasie wybuchu. Dalszy miliard zostanie
przeznaczony dla Accelerated Strategic Computing Initiative
(ASCI) na zakup trzech ró˝nych superkomputerów oraz stwo-
rzenie modeli komputerowych opartych, a tak˝e testowa-
nych na danych eksperymentalnych. „Do tak skomplikowa-
nych symulacji potrzeba komputerów o wydajnoÊci znacznie
wi´kszej ni˝ majà obecnie dost´pne – napisano w projekcie
ASCI. – Zastosowania te b´dà wymagaç pracy w trzech wy-
miarach, wysokiej rozdzielczoÊci przestrzennej i szczególnie
solidnych podstaw fizycznych.”

WIADOMOÂCI

I

OPINIE

10

NAUKA

I

LUDZIE

20

TECHNIKA I BIZNES

18

SYLWETKA

Ronald L. Graham

11 ZA KULISAMI

12 W SKRÓCIE

13 ANTY(PO)WAGA

15 W LICZBACH

24

CYBERÂWIAT

POD LUPÑ

TESTY G¸OWIC JÑDROWYCH (jak ów wybuch

przeprowadzony w 1951 roku w Newadzie) mogà wkrótce

zostaç zastàpione symulacjami na superkomputerach.

CORBIS-BETTMANN

Â

WIAT

N

AUKI

Maj 1997 9

Paine i jego koledzy kwestionujà

to stwierdzenie. „Czy rzeczywiÊcie
potrzebne sà a˝ trzy superkompute-
ry? – pytajà. – Przede wszystkim labo-
ratoria korzystajàce z dzisiejszych
komputerów i istniejàcego oprogra-
mowania potwierdzi∏y, ˝e zapasy
broni sà obecnie bezpieczne. ASCI za-
k∏ada, ˝e wykryjemy problemy do-
tàd nie dostrze˝one, do których roz-
wiàzania b´dzie konieczny znacznie
wy˝szy poziom symulacji. Jest to po-
zbawione podstaw. W rzeczywisto-
Êci dane wskazujà, ˝e z up∏ywem lat
pociski stajà si´ bezpieczniejsze.” Im
jednak sà starsze, tym wi´ksze praw-
dopodobieƒstwo, ˝e nie odpalà, gdy
zajdzie potrzeba.

Robert B. Laughlin, profesor ze Stan-

ford University od roku 1981 pracujà-
cy nad zagadnieniami fizyki bomb
w Lawrence Livermore National Laboratory, obawia si´, ˝e
„programy komputerowe mogà symulowaç tylko zjawiska ju˝
znane. PrzypuÊçmy, ˝e zostawiamy nasz komputer osobisty
przez rok na deszczu. Czy istnieje program zdolny odpowie-
dzieç na pytanie, czy póêniej da si´ jeszcze z niego korzystaç?
OczywiÊcie nie; wszystko zale˝y od tego, co dzia∏o si´ z kom-
puterem. – Podobnie rzecz ma si´ z g∏owicami jàdrowymi. –
Zmiany zachodzà przez ca∏y czas, równie˝ wtedy, gdy jeszcze
dok∏adnie nie wiemy, jak je mierzyç. Niektóre sà istotne, inne nie.
Problemem sà te, których nie przewidzimy w symulacji.”

Istotnie, zauwa˝ajà sceptycy, niektóre z wczeÊniejszych prób

symulacji bardzo z∏o˝onych systemów – na przyk∏ad zacho-
wanie si´ olejowych substancji powierzchniowo czynnych, ra-
kieta Ariane 5 czy reaktory z fuzjà plazmowà – zawiod∏y; nie
da∏o si´ za ich pomocà przewidzieç wyników prób doÊwiad-
czalnych, co narazi∏o na ogromne koszty tych, którzy na nich
polegali. Opracowywane od lat pi´çdziesiàtych programy kom-
puterowe do prognozowania, czy bomba to potencjalny wiel-
ki grzyb, czy niewypa∏, „zawierajà mnóstwo parametrów, któ-
re trzeba wyznaczyç na podstawie próbnych wybuchów
podziemnych – mówi Laughlin. – Je˝eli nowe programy nie
b´dà pasowa∏y do starych, które prawid∏owo przewidywa∏y
wyniki eksperymentów – a Laughlin utrzymuje, ˝e tak w∏a-
Ênie si´ stanie – projektanci po prostu je odrzucà.”

Aby zminimalizowaç czynnik niepewnoÊci w swoich mode-

lach, DOE zwraca si´ o pomoc do in˝ynierów z kr´gów aka-
demickich. W grudniu ub. r. departament podjà∏ si´ sponsoro-
wania od dwóch do pi´ciu uniwersyteckich oÊrodków
badawczych, proponujàc sum´ do 5 mln dolarów rocznie ka˝-
demu z nich oraz dost´p do superkomputera. „Celem nie jest
pos∏u˝enie si´ nimi do wykonania naszej pracy – mówi Richard
W. Watson, szef programu w Lawrence Livermore – ale wzbu-
dzenie w spo∏ecznoÊci akademickiej zaufania do symulacji ja-
ko trzeciej wartoÊciowej metody poznawczej oprócz teorii i eks-
perymentu.” Chocia˝ badacze b´dà mieli mo˝liwoÊç publikacji
wszelkich swoich prac – ˝adne wyniki badaƒ nie zostanà utaj-
niane – DOE jest szczególnie zainteresowany projektami z takich
dziedzin, jak badania wytrzyma∏oÊciowe materia∏ów czy te˝
badania wn´trza gwiazd, które nie sà zbyt odleg∏e tematycz-
nie od prac nad uzbrojeniem prowadzonych przez departa-
ment. (Generalnie wi´kszoÊç instytucji akademickich zabrania
swoim pracownikom prowadzenia badaƒ nad uzbrojeniem i in-
nymi projektami utajnionymi w czasie pracy na uczelni.)

Przewa˝ajàca liczba oÊrodków akademickich przyj´∏a t´ ofer-

t´ entuzjastycznie – spoÊród dziesi´ciu, z którymi si´ kontakto-

wa∏em, piszàc niniejszy artyku∏, ka˝-
da planowa∏a przed∏o˝enie wst´pne-
go projektu badaƒ. Cz´Êç tego entu-
zjazmu przypisaç zapewne nale˝y
deklarowanemu przez National Scien-
ce Foundation ograniczeniu finanso-
wania do czterech federalnych oÊrod-
ków superkomputerowych. „OÊrodki
pomini´te przejmie ASCI” – mówi Ma-
lvin H. Kalos, dyrektor oÊrodka super-
komputerowego w Cornell University.
Wielu jednak badaczy traktuje ofert´
DOE jak wyzwanie intelektualne. „Jest
to ekscytujàce zadanie, poniewa˝ ska-
la symulacji, którà departament jest za-
interesowany, przekracza najÊmielsze
wyobra˝enia” – komentuje Arvind,
profesor informatyki w Massachusetts
Institute of Technology. Po∏àczenie mo-
deli chemicznych, fizycznych i mecha-
nicznych – w celu symulacji od pod-

staw wszystkich procesów w komorze spalania lub gwieêdzie
(albo bombie wodorowej) „b´dzie wymagaç wielu trudnych
badaƒ podstawowych. Nie sà to jednak problemy nierozwiàzy-
walne – mówi. – To nie tak jak z Gwiezdnymi Wojnami. JeÊli na-
wet nie osiàgniemy ostatecznego celu, na ka˝dym, nawet naj-
mniejszym etapie badaƒ b´dziemy dowiadywaç si´ nowych
rzeczy, które przyniosà bezcenne korzyÊci.”

Howard K. Birnbaum z University of Illinois uwa˝a, ˝e

generalnie „ASCI oznacza du˝y post´p w porównaniu z pro-
gramem fizycznych testów broni. Czy te nowe komputerowe
metody b´dà równie˝ stosowane do projektowania nowych
rodzajów broni?” – pyta. Byç mo˝e tak. O braku realizmu
Êwiadczy∏oby jednak oczekiwanie, ˝e prawdziwà broƒ mo˝-
na zaprojektowaç, pos∏ugujàc si´ wy∏àcznie symulacjà.

Zagadnienie to – i jego ewentualne konsekwencje dla za-

kazu prób z bronià jàdrowà – stanowi dziÊ przedmiot debaty.
„Na przyk∏ad laboratoria u˝y∏y swoich obecnych kompute-
rów do zmodyfikowania bomby typu B-61, tak by jà dopaso-
waç do nowego kszta∏tu pow∏oki, która zag∏´bi si´ w ziemi´
przed zdetonowaniem – podkreÊla Paine. – Zamierza si´ jà
w∏àczyç do uzbrojenia, nawet jej nie testujàc.” Paine suge-
ruje, ˝e mo˝na zrozumieç podejrzliwoÊç Indii i Pakistanu. Pi´ç
Êwiatowych pot´g nuklearnych od lat przedstawia∏o prze-
prowadzanie prób jako czynnik „odstraszajàcy”. DziÊ poczy-
ni∏y post´py i mogà zrezygnowaç z prób. To jeszcze bardziej
sk∏ania pozosta∏e kraje do przeciwstawiania si´ zakazowi
testów.

Pozostaje wreszcie problem przecieku informacji. „Przy pró-

bach podziemnych Stany Zjednoczone utajnia∏y wi´kszoÊç da-
nych technicznych” – zwraca uwag´ Paine. Technologia infor-
matyczna natomiast przep∏ywa z kraju do kraju znacznie
swobodniej. Srinivas Aluru z New Mexico State University
uwa˝a, ˝e na szcz´Êcie „prawie niemo˝liwe jest przeprowa-
dzenie u˝ytecznych symulacji bez dost´pu do danych” z praw-
dziwych wybuchów. „CzegoÊ jednak Projekt Manhattan nas
nauczy∏: ˝adna technologia nie pozostaje tajna zbyt d∏ugo –
powiada Michael Veiluva z Western States Legal Foundation.
– Za 20 lub 30 lat, gdy 5–10 krajów uprzemys∏owionych praw-
dopodobnie uzyska dost´p do tej techniki, przypuszczalnie
nikt na Êwiecie nie b´dzie ju˝ dokonywa∏ próbnych wybu-
chów, wiele paƒstw natomiast b´dzie projektowaç i testowaç
nowe rodzaje broni, zmagajàc si´ ze straszliwymi problema-
mi ich weryfikacji.” Byç mo˝e powinno si´ poddaç symulacji
równie˝ i to zwiàzane z bezpieczeƒstwem zagadnienie.

W. Wayt Gibbs

SYMULACJA oddzia∏ywania fali uderzeniowej

na metal (widoczne puste przestrzenie)

stanowi istotny element programu DOE

dotyczàcego nadzorowania zapasów broni.

LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY