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_笔记_

泰裤辣!利用闲置算力搜索引力波信号,你可以这么做!

摘要

本文主要介绍Einstein@home项目的背景、目标和发展历史,以及拥有闲置算力的我们如何以最不费力的方式参与到大科学中,并提供相关配置教程,本文主主要参考项目官方页面,项目Wiki页面和第三方中文资料

什么事Einstein@home

爱因斯坦@Home 是一个“2005年物理年”和“2009年国际天文学年”项目,由美国物理学会 (APS)、美国国家科学基金会 (NSF)、德国马克斯·普朗克学会 (MPG) 以及一些国际组织支持。

爱因斯坦@Home 利用您计算机的空闲时间,使用来自 LIGO 引力波探测器、MeerKAT 射电望远镜、费米伽马射线卫星以及阿雷西博射电望远镜的历史数据,寻找来自旋转中子星(通常称为脉冲星)的微弱天体物理信号。爱因斯坦@Home 的志愿者们已经发现了超过 90 颗新的中子星,我们希望能够发现更多。

我们的长期目标是实现旋转中子星引力波辐射的首次直接探测。引力波是阿尔伯特·爱因斯坦一个世纪前所预言的,并于 2015 年 9 月 14 日首次被直接探测到。这次探测来自一对合并的黑洞,开启了探索宇宙的新窗口,也标志着天文学进入了一个新时代。

这次首次直接探测是在 LIGO 设备经过为期五年的重大升级并重新上线后不久取得的。自那时以来,这些先进探测器已经完成了三次灵敏度不断提升的观测运行,发现了超过 90 次黑洞与中子星合并事件。自 2023 年 5 月起,第四次且最灵敏的观测运行已经开始,预计在 2025 年初结束前将新增约 200 次引力波探测事件。

要了解更多关于爱因斯坦@Home 的信息,请点击上方“出版物”中的链接。我们的一些项目和发现的媒体报道可在“新闻”部分查看。有关我们数据分析的更多详细信息,请参阅“数据分析”。

如果您想参与,请按照“立即加入”的说明操作。注册只需一两分钟,并且几乎不需要维护即可让爱因斯坦@Home 正常运行。爱因斯坦@Home 适用于 Windows、Linux 和 Apple macOS 计算机,以及 Android 设备。

历史成就

详情见本页内容

如何参与

一、安装BOINC客户端

该项目基于BOINC平台管理和运行,毫无疑问,第一步是安装BOINC的客户端软件,非常幸运,该软件从下载、安装到运行都是高度图形化的,这一过程在合适的网络环境下非常顺滑。以下我们将分别展示在Windows,MacOS,Linux环境下安装该软件:

  • Windows

访问官方资源页面,理论上,你的系统信息将被自动识别,页面上将展示对应操作系统的软件包下载链接。若系统没能正确识别你的系统信息,请访问Download BOINC client software (berkeley.edu)选择对应你的操作系统的软件版本

  • MacOS

访问官方资源页面,理论上,你的系统信息将被自动识别,页面上将展示对应操作系统的软件包下载链接。若系统没能正确识别你的系统信息,请访问Download BOINC client software (berkeley.edu)选择对应你的操作系统的软件版本

  • Ubuntu/Debian

在Debian/Ubuntu下配置BOINC manager相对来说较为积遭,可以参考官方页面的步骤,实在不行就问问gpt;

另一种方法是直接使用.deb包安装,资源可以在Boinc Download (DEB, IPK, RPM, XBPS, XZ, ZST) (pkgs.org)获取

二、在BOINC客户端中添加Einstein@home项目

打开客户端,我忘记默认是simple view还是advanced view了,可以通过面板上的view选项更改,看你喜欢哪一种界面了。在切换到你喜欢的控制界面后,找到并点击add project按钮(如果你找不到,就换一种界面风格,据我所知人很容易找不到很明显的按钮)

这是advanced view,该界面下,点击Tools,找到add project选项

这是simple view,该界面下,直接看到Add Project按钮

注意,BOINC平台用于管理包括Einstein@home在内的数个分布式科学计算项目,在该瓶套的语境下,Projects指类似Einstein@home的科学项目,Tasks则指某项目下分配给参与者的具体计算任务。

在点击Add Project按钮后,将看到如下图所示页面:

找到并选中Einstein@home或其他你感兴趣的项目,可以看到项目主页URL,可以点开看看,也可以不看直接点Next

点击Next后将与主机建立链接,时间取决于网络环境,在连接后将显示条款页面,统一并进入下一步,你将看到如图所示的注册页面,无视它!!! 你并不能通过BOINC manager注册Einstein@home账号,相反,请直接通过访问Einstein@home的注册页面注册账号,选取一个抽象的用户名并填入邮箱,注册邮件将会发至你的邮箱。

点击注册邮件中的地址,你将被重定向至设定登录密码页面,设置并找个地方记录界面中的信息,天知道什么地方有用。

现在,回到BOINC客户端,在上图页面中选取已存在的用户,使用邮箱和密码登录。不出意外的话,你会看到project added的提示,项目已经被成功添加到你的BOINC客户端

客户端和项目配置

首先介绍项目配置,在Einstein@home项目网站上,你可以管理你想要进行的任务类型和硬件分配

其中,resource share选项代表你愿意与项目分享的算力百分比,默认为百分百,不需要修改,具体的算力占用选项可以在BOINC客户端中设置;

USE CPU选项代表你是否接受基于CPU运行的任务,请根据具体硬件情况选择,如果你使用Apple Silicon芯片,推荐只接受Apple GPU任务;对于大部分平台,勾选CPU和NV GPU是合理的;

在Einstein@home的语境下,具体的计算任务被称为applications:

随便选,当然也可以有倾向性地选,最终分配给你的任务是该设置与上一项设置的交集;

接下来是GPU任务的分配,这一项较为重要,它代表你的GPU将并行的任务数,如默认为1,则你的设备将同时运行一个GPU任务;若为0.5,则将同时运行两个。笔者以RTX4000 Ada Mobile (RTX4080 Moble功耗墙换皮卡)测试下,单个任务能吃满算力并占用2GB显存,并行多个任务不会有明显效率提升,不推荐更改该设置;

接下来,我们在BOINC客户端设置客户端的行为,点击option菜单下的computing preference选项,可以选择是否:

在使用主机时停止运行;

在使用主机时停止GPU任务;

在使用电池供电时停止运行;

电脑空闲时最大占用CPU比例和时间;

。。。。

你甚至可以设定BOINC在一天/一周中的哪些时段运行

开始工作

选中项目后点击update按钮开始接受任务

加入Physics@WHU

在Einstein@home项目社区https://einsteinathome.org/community/teams可以查找并加入你喜欢的队伍,当然你也可以直接加入Physics@WHU,应该是目前包含Wuhan字段的贡献点最高的队伍吧(应该吧)

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_笔记_ 其它 民工日/周/月/年记

Blog@CITA\(1\) 一种恰到好处的充实感

开始在CITA的实习也两周了,我想如果想要尽可能简单地描述在这边学习、工作和生活的感觉,“恰到好处的充实”大抵是合适的。

我乐意相信我们已经告别了那个对异国的月亮加以盛赞的阶段,不过这边确实仍有不少东西让我由衷地欣赏和享受,以至于还是忍不住要臧否一番。多伦多以一种难以准确归因的方式让我在一个自诩为舒适的节奏下生活和工作,我想这或多或少得益于一种难以概括的社群氛围。

如果把社群的包容性用一个PDS函数来描述的话,我理想中的情况大致可以这样刻画:较广的域,让我得以接触各样的人;足够大的均值,意味着足够的平均人文关怀;不太夸张的方差,意味着普惠平等但又不落入平均主义;明显的峰,意味着对科学和教育保有一些nontrivial的信念。当然,量化这些“足够大”“较广”是相当困难的事,这也是为什么说社区氛围难以概括。

恰到好处的充实感则又是同样一种没什么严谨性可言的说法,或许有一天我会说事恰到好处的松弛感,当然这并没有为我们带来关于这种感觉的更多信息。我又在说语无伦次的话了。说实话近一年来我的状态很差,相较于22年中旬到23年中旬的状态来说,23年年中以后的这一年则可以用糟糕来形容。回想起来我觉得大概是因为一种本末倒置的执拗,在过去的一年里我想我太过纠结于“使自己进入一种理想的状态,再以这种状态去投入工作、学习或者其他我感兴趣的事”,这么做的初衷当然也是为了以一种更高的效率去处理自己热爱的事,我曾经觉得这是理所当然的,我们当然应该以最好的状态去做热爱的事,夸张地说,“弗如是,就是对热爱的亵渎”。我发现自己层一度对这种夸张而错误的论调深信不疑,以致于忽略了一些重要而基本的事实。其一,纠结于自身是否处于一个合适的状态并不会让状态变好;其二,也是更重要的一点,我相信所谓“合适的状态”对于科研、学习、从事其他感兴趣的事而言无非就是“兴奋的状态”,而实践表明,至少对于我而言,进入这种兴奋状态的最经济的途径就是直接投入科研、学习或者其他感兴趣的事本身。你会觉得我在说废话,因为这确实是简单到了极致不包含什么特别的信息,但人就是这么一种神奇的生物,有时就是会忘了这么简单的道理,而且一忘就是一整年。

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_笔记_ 其它 民工日/周/月/年记

避免野心过剩

今天试图整理前几周的工作,实际上从周一就开始整理了,迟迟没有完成。。。大概可以归咎于数值计算对于输入的不同模型难以做到universal的调参,而我希望得到的是一个对于不同模型都较为普适的程序,并且尽量封装在一个程序内,事实证明这么做所需克服的困难已经接近了入不敷出的地步。

我的原始思路是在制作一个以EoS和TOV初值条件为输入,输出TOV解的求解器的基础上,输出Mass-radius, Pressure-radius, Density-radius图像,SpacetimeStructure-radius图像,TotalMass-MaxRadius-initialcondition图像,最后进行不同EoS的对比。最终期望是整个程序所需输入的参数只有EoS数据和初值条件。。。

面临的问题:如果需要大到输入参数尽量少的期望,就必须减少引入中间变量,这导致的问题是每一个新函数几乎都需要嵌套旧函数。这一方面意味着,即时程序能够正常运行,最后引入的函数(最终所需的输出结果)运行时需要将前面的函数悉数运行一遍,运行时间非常长,且MMA的全局变量和局部变量结构非常奇怪,程序变得冗长无比;另一方面,由于NDSolve返回一个规则,导致嵌套可能带来各种各样的问题,有时根本运行不起来;最后,函数的嵌套大大增加了debug和调参时的工作量,且及其影响心情。

实际上这些问题但凡多引入几个中间变量都能迎刃而解,对简洁的追求最终却让程序臃肿不堪,预期节约的时间被尽数索回,可以说是非常的惨。

删了订阅号之后很久没有码字,见谅见谅。

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_笔记_ MIT8.04 量子物理1 预备役物理民工的笔记

PRLabour’s note on MIT8.04 [part 1]

MIT8.04 [part1]

Linearity and superposition, linear operator, Schrodinger equation, necessity of complex number, Mach-Zehnder interferometer, polarizer experiment and spin experiment…

original resource at MITOpenCourseWare

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_笔记_ MIT8.04 量子物理1 预备役物理民工的笔记

预备役物理民工关于MIT8.04的笔记目录

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_笔记_ Mathematica代码 Mathematica计算克氏符 广义相对论

通过Mathematica计算给定度规下的克氏符及其缩并:以史瓦西度规为例

本文演示给定度规张量计算克氏符及其缩并的一种Mathematica实现

代码完全开源,请随意使用,如有问题请电邮本站管理员

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_笔记_ 0.3 中子星(费米气体模型) 双中子星系统引力波

费米气体模型下的纯中子星

Wolfram云笔记加载需要时间,或许你应该趁机划一下水

最后的数值计算代码有问题,作者暂时不知道怎么解决,欢迎邮件指教

在线笔记本

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_笔记_ 0.2 白矮星 0.预备知识 双中子星系统引力波

费米气体模型下的白矮星

Wolfram云笔记本加载需要时间,请摸一会鱼

本站站长即代码作者,代码内容完全开源(也没什么难度),您可以任意使用

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_笔记_ 0.1 TOV方程 0.预备知识 双中子星系统引力波

TOV方程的推导

本文演示从静态球对称时空推导TOV方程

预备知识:Schutz或MTW track1级别的相对论知识储备(甚至不需要)

0.1.1 Metric of Static Spherically Symmetric Stars

The metric of spherically symmetric spacetime is:
$$
\mathrm{d} s^2=g_{00} \mathrm{~d} t^2+2 g_{0 r} \mathrm{~d} r \mathrm{~d} t+g_{r r} \mathrm{~d} r^2+r^2 \mathrm{~d} \Omega^2
\tag{1.1}$$

We define a static spacetime to be one in which we can find a time coordinate $t$ with two properties: (i) all metric components are independent of $t$, and (ii) the geometry is unchanged by time reversal, $t \rightarrow-t$. (A spacetime with property (i) but not necessarily (ii) is said to be stationary.)

Condition (ii) has the following implication. The coordinate transformation $(t, r, \theta, \phi) \rightarrow$ $(-t, r, \theta, \phi)$ has $\Lambda^{\overline{0}}{ }_0=-1, \Lambda_j^i=\delta_j^i$, and we find:

$$
\left.g_{\bar{0} \bar{0}}=\left(\Lambda^0_{\bar{0}}\right)^2g_{00}=g_{00} \right.\
$$
$$
g_{\bar{0} \bar{r}}=\Lambda_{\bar{0}}^0 \Lambda^r_{\bar{r}} g_{0 r}=-g_{0 r}\
$$
$$
g_{\bar{r} \bar{r}}=\left(\Lambda^r {\bar{r}}\right)^2 g{r r}=g_{r r}
\tag{1.2}$$

by assuming $g_{00}<0$ and $g_{rr}>0$ $($ we shall see these conditions do hold inside stars $)$, denote: $g_{00}=-e^{2\phi}$ and $g_{rr}=e^{2\lambda}$

then solve Eq.$(1.2)$ for the metric of static spherically symmetric spacetime:
$$
\mathrm{d} s^2=-\mathrm{e}^{2 \Phi} \mathrm{d} t^2+\mathrm{e}^{2 \Lambda} \mathrm{d} r^2+r^2 d \Omega^2
\tag{1.3}$$

0.1.2 Einstein Tensors

We can show that for the metric given by Eq. $(1.3)$, the Einstein tensor has components:

$$
\begin{aligned}
&G_{00}=\frac{1}{r^2} \mathrm{e}^{2 \Phi} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} r}\left[r\left(1-\mathrm{e}^{-2 \Lambda}\right)\right] \\
&G_{r r}=-\frac{1}{r^2} \mathrm{e}^{2 \Lambda}\left(1-\mathrm{e}^{-2 \Lambda}\right)+\frac{2}{r} \Phi^{\prime} \\
&G_{\theta \theta}=r^2 \mathrm{e}^{-2 \Lambda}\left[\Phi^{\prime \prime}+\left(\Phi^{\prime}\right)^2+\Phi^{\prime} / r-\Phi^{\prime} \Lambda^{\prime}-\Lambda^{\prime} / r\right] \\
&G_{\phi \phi}=\sin ^2 \theta G_{\theta \theta}
\end{aligned}
\tag{1.4}$$

where $\Phi^{\prime}:=\mathrm{d} \Phi / \mathrm{d} r$, etc. All other components vanish.

0.1.3 Structure Equations

In this subsection we derive Tolman-Oppenheimer-Volkof equation from the $r$ component of conservation law along with the $(r,r)$ component of \textit{Einstein field equation}, and then an auxiliary equation from the $(t,t)$ component of Einstein field equation, and end with an introduction on the equation of state EoS

The stress-energy tensor of perfect fluid is given by:
$$
T^{\alpha \beta}=(\rho+p) U^\alpha U^\beta+p \eta^{\alpha \beta}
\tag{1.5}$$

alongs with the conservation law: $T^{\alpha \beta}_{; \beta}=0$, of which the $r$ component gives:
$$
(\rho+p) \frac{\mathrm{d} \Phi}{\mathrm{d} r}=-\frac{d p}{\mathrm{~d} r}
\tag{1.6}$$

Einstein field equation states: $G^{\alpha \beta}=8 \pi T^{\alpha \beta}$, by denoting: $m(r):=\frac{1}{2} r\left(1-\mathrm{e}^{-2 \Lambda}\right)$ and substitute Einstein tensors by eq$(1.4)$, the $(r,r)$ component of field equation reads:

$$
\frac{\mathrm{d} \Phi}{\mathrm{d} r}=\frac{m(r)+4 \pi r^3 p}{r[r-2 m(r)]}
\tag{1.7}$$

Now by combing Eq$(1.6)$ and Eq$(1.7)$, we can eliminate $\Phi$ and obtain:
$$
\frac{\mathrm{d} p}{\mathrm{~d} r}=-\frac{(\rho+p)\left(m+4 \pi r^3 p\right)}{r(r-2 m)}
\tag{1.8}$$
known as the Tolman-Oppenheimer-Volkov equation

In addition to Eq$(1.7)$, the $(t,t)$ component of Einstein field equation gives another structure equation:
$$
\frac{\mathrm{d} m(r)}{\mathrm{d} r}=4 \pi r^2 \rho
\tag{1.9}$$ where again we have denoted $g_{rr}$ by $\left(1-\frac{2 m(r)}{r}\right)^{-1}$.

To complete the struction equations requires a relation between energy density $\rho$ and pressure $p$, called the Equation of State (EoS):
$$
\rho = \rho(p)
\tag{1.10}$$

0.1.4 Boundary Conditions and General Solving Procedure

To solve for $m(r)$ and $p(r)$ from TOV equation Eq$(1.8)$ and auxiliary equation Eq$(1.9)$ along with EoS Eq$(1.10)$, we need two boundary conditions:

The first boundary on $m$ given by properties of spacetime, we state without a proof$($check Schutz if you want$)$:

$$
m(r=0)=0
\tag{1.11}$$
while the second arbitrarily chosen:
$$
p(r=0)=p_c
\tag{1.12}$$

STEP1: with these two boundary conditions providing two integral constants, we can obtain expressions for $m=m(r)$ and $p=p(r)$ simply by integration

STEP2: with condition $p(R)=0$ and expression obtained in STEP1, obtaining $R$; then obtain $M$ by $M=m(R)$

STEP3: to solve for $\Phi(r)$ from Eq$(1.6)$, which need another boundary condition on $\phi$, this can be obtained from continuity condition and Schwarzschild exterior metric which yields $g_{00}(r=R)=-\left(1-\frac{2 M}{R}\right)$, substitute $M$ and $R$ gives the boundary condition on $g_{00}(r=0)$, or equivalently, $\Phi(r=0)$

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_笔记_ 1.1经典时期 chapter1.历史简介 粒子物理

1.1 经典时期