فرسودہ ہونے کے خطرے میں پارٹیکل فزکس کے لیے اہم کمپیوٹر پروگرام

حال ہی میں، میں نے ایک ساتھی پارٹیکل فزیکسٹ کو ایک حساب کتاب کے بارے میں بات کرتے ہوئے دیکھا جسے اس نے درستگی کی ایک نئی بلندی تک پہنچایا تھا۔ اس کا آلہ؟ 1980 کی دہائی کا ایک کمپیوٹر پروگرام جسے FORM کہتے ہیں۔

ذرہ طبیعیات دان تمام سائنس میں کچھ طویل ترین مساوات کا استعمال کرتے ہیں۔ Large Hadron Collider میں تصادم میں نئے ابتدائی ذرات کی نشانیاں تلاش کرنے کے لیے، مثال کے طور پر، وہ ہزاروں تصویریں کھینچتے ہیں جسے فین مین ڈایاگرام کہتے ہیں جو ممکنہ تصادم کے نتائج کو ظاہر کرتے ہیں، ہر ایک ایک پیچیدہ فارمولے کو انکوڈ کرتا ہے جو لاکھوں اصطلاحات طویل ہو سکتا ہے۔ اس طرح کے فارمولوں کو قلم اور کاغذ سے جمع کرنا ناممکن ہے۔ یہاں تک کہ انہیں کمپیوٹر کے ساتھ شامل کرنا بھی ایک چیلنج ہے۔ الجبرا کے اصول جو ہم اسکول میں سیکھتے ہیں وہ ہوم ورک کے لیے کافی تیز ہیں، لیکن پارٹیکل فزکس کے لیے وہ بری طرح ناکارہ ہیں۔

کمپیوٹر الجبرا سسٹم کہلانے والے پروگرام ان کاموں کو سنبھالنے کی کوشش کرتے ہیں۔ اور اگر آپ دنیا کی سب سے بڑی مساوات کو حل کرنا چاہتے ہیں، تو 33 سالوں سے ایک پروگرام سامنے آیا ہے: FORM۔

ڈچ پارٹیکل فزیکسٹ کی طرف سے تیار جوس ورماسرین, FORM پارٹیکل فزکس کے بنیادی ڈھانچے کا ایک اہم حصہ ہے، جو مشکل ترین حسابات کے لیے ضروری ہے۔ تاہم، جیسا کہ حیرت انگیز طور پر ڈیجیٹل انفراسٹرکچر کے بہت سے ضروری ٹکڑوں کے ساتھ، FORM کی دیکھ بھال زیادہ تر ایک شخص پر ہے: خود ورماسرین۔ اور 73 سال کی عمر میں، ورماسرین نے فارم کی ترقی سے پیچھے ہٹنا شروع کر دیا ہے۔ اکیڈمی کے ترغیبی ڈھانچے کی وجہ سے، جو شائع شدہ کاغذات کو انعام دیتا ہے، سافٹ ویئر ٹولز نہیں، کوئی جانشین سامنے نہیں آیا۔ اگر صورتحال نہیں بدلی تو پارٹیکل فزکس ڈرامائی طور پر سست ہونے پر مجبور ہو سکتی ہے۔

فارم کا آغاز 1980 کی دہائی کے وسط میں ہوا، جب کمپیوٹر کا کردار تیزی سے تبدیل ہو رہا تھا۔ اس کا پیشرو، مارٹنس ویلٹ مین کے ذریعہ بنایا گیا Schoonschip نامی پروگرام، ایک خصوصی چپ کے طور پر جاری کیا گیا تھا جسے آپ نے اٹاری کمپیوٹر کے پہلو میں لگایا تھا۔ ورماسرین ایک زیادہ قابل رسائی پروگرام بنانا چاہتے تھے جسے دنیا بھر کی یونیورسٹیاں ڈاؤن لوڈ کر سکیں۔ اس نے اسے کمپیوٹر کی زبان FORTRAN میں پروگرام کرنا شروع کیا، جس کا مطلب فارمولا ترجمہ ہے۔ نام FORM اس پر ایک رف تھا. (بعد میں اس نے سی نامی ایک پروگرامنگ لینگویج میں تبدیل کر دیا) ورماسرین نے 1989 میں اپنا سافٹ ویئر جاری کیا۔ 90 کی دہائی کے اوائل تک، دنیا بھر کے 200 سے زیادہ اداروں نے اسے ڈاؤن لوڈ کر لیا، اور تعداد بڑھتی رہی۔

2000 کے بعد سے، ایک پارٹیکل فزکس پیپر جو کہ FORM کا حوالہ دیتا ہے، اوسطاً ہر چند دنوں میں شائع ہوتا ہے۔ "زیادہ تر [اعلی صحت سے متعلق] نتائج جو ہمارے گروپ نے پچھلے 20 سالوں میں حاصل کیے ہیں وہ بہت زیادہ فارم کوڈ پر مبنی تھے،" کہا تھامس گہرمنزیورخ یونیورسٹی کے پروفیسر۔

FORM کی مقبولیت میں سے کچھ خاص الگورتھم سے حاصل ہوئی جو برسوں کے دوران بنائے گئے تھے، جیسے کہ فین مین ڈایاگرام کے کچھ ٹکڑوں کو تیزی سے ضرب دینے کی چال، اور مساوات کو دوبارہ ترتیب دینے کا طریقہ کار جس میں ممکن ہو سکے چند ضرب اور اضافے ہوں۔ لیکن FORM کا سب سے قدیم اور سب سے طاقتور فائدہ یہ ہے کہ یہ میموری کو کیسے ہینڈل کرتا ہے۔

جس طرح انسانوں میں دو قسم کی یادداشت ہوتی ہے، قلیل مدتی اور طویل مدتی، اسی طرح کمپیوٹر کی بھی دو قسمیں ہیں: مین اور ایکسٹرنل۔ مین میموری — آپ کے کمپیوٹر کی RAM — پرواز پر رسائی حاصل کرنا آسان ہے لیکن سائز میں محدود ہے۔ بیرونی میموری ڈیوائسز جیسے ہارڈ ڈسک اور سالڈ سٹیٹ ڈرائیوز بہت زیادہ معلومات رکھتی ہیں لیکن سست ہیں۔ ایک لمبی مساوات کو حل کرنے کے لیے، آپ کو اسے مین میموری میں ذخیرہ کرنے کی ضرورت ہے تاکہ آپ آسانی سے اس کے ساتھ کام کر سکیں۔

80 کی دہائی میں دونوں قسم کی یادداشت محدود تھی۔ "فارم ایک ایسے وقت میں بنایا گیا تھا جب تقریبا کوئی میموری نہیں تھی، اور ڈسک کی جگہ بھی نہیں تھی - بنیادی طور پر کچھ بھی نہیں تھا،" کہا بین روئیل، ورماسرین کے ایک سابق طالب علم اور FORM ڈویلپر جو اب سوئس فیڈرل انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی زیورخ میں پوسٹ ڈاکیٹرل محقق ہیں۔ اس نے ایک چیلنج پیش کیا: اہم میموری کو سنبھالنے کے لئے مساوات بہت لمبی تھیں۔ ایک کا حساب لگانے کے لیے، آپ کے آپریٹنگ سسٹم کو آپ کی ہارڈ ڈسک کے ساتھ ایسا برتاؤ کرنے کی ضرورت ہے جیسے یہ مین میموری بھی ہو۔ آپریٹنگ سسٹم، یہ نہیں جانتا کہ آپ کی مساوات کی توقع کتنی بڑی ہے، ہارڈ ڈسک پر موجود "صفحات" کے مجموعے میں ڈیٹا کو ذخیرہ کرے گا، اکثر مختلف ٹکڑوں کی ضرورت کے مطابق ان کے درمیان سوئچ کرتا رہتا ہے - ایک غیر موثر عمل جسے سویپنگ کہتے ہیں۔

FORM تبادلہ کو نظرانداز کرتا ہے اور اپنی تکنیک کا استعمال کرتا ہے۔ جب آپ FORM میں ایک مساوات کے ساتھ کام کرتے ہیں، تو پروگرام ہر اصطلاح کو ہارڈ ڈسک پر جگہ کی ایک مقررہ مقدار تفویض کرتا ہے۔ یہ تکنیک سافٹ ویئر کو آسانی سے اس بات کا سراغ لگانے دیتی ہے کہ مساوات کے ٹکڑے کہاں ہیں۔ یہ ان ٹکڑوں کو مین میموری میں واپس لانا بھی آسان بناتا ہے جب انہیں باقی تک رسائی حاصل کیے بغیر ضرورت ہو۔

FORM کے ابتدائی دنوں سے میموری میں اضافہ ہوا ہے، 128 میں Atari 130XE میں 1985 کلو بائٹس RAM سے لے کر میرے سوپ اپ ڈیسک ٹاپ میں 128 گیگا بائٹس RAM تک - ایک ملین گنا بہتری۔ لیکن ورماسرین نے جو چالیں تیار کیں وہ اہم رہیں۔ چونکہ ذرات کے ماہرین طبیعیات نئے ذرات کے ثبوت تلاش کرنے کے لیے لارج ہیڈرون کولائیڈر سے ڈیٹا کے پیٹا بائٹس کے ذریعے سوراخ کرتے ہیں، ان کی درستگی کی ضرورت، اور اس طرح ان کی مساوات کی لمبائی لمبی ہوتی جاتی ہے۔

Ruijl نے کہا کہ "یہ چیزیں ہمیشہ کے لیے متعلقہ رہیں گی، چاہے یادداشت کتنی ہی بڑی کیوں نہ ہو، کیونکہ ہمیشہ طبیعیات کا ایک مسئلہ ہوتا ہے جو اسے میموری کے سائز سے آگے بڑھا سکتا ہے،" Ruijl نے کہا۔

کمپیوٹر کی صلاحیتوں میں تقریباً تیزی سے اضافہ ہوا ہے، تقریباً ہر دو سال بعد دوگنا ہو رہا ہے۔ لیکن شرح نمو کے مقابلے میں ترقی کی تیز ترین شکلیں ہیں۔ تین حروف - a، b اور c - کو تمام ممکنہ ترتیبوں میں لکھنے کے کام پر غور کریں۔ پہلے حرف (a، b یا c) کے لیے تین انتخاب ہیں، دوسرے کے لیے دو اور تیسرے کے لیے ایک۔ مسئلہ ایک فیکٹوریل کے طور پر پیمانہ ہے، ایک ریاضیاتی تعلق جو کفایتی نمو سے بھی زیادہ تیزی سے بڑھتا ہے۔ فیکٹریل اکثر اس وقت ظاہر ہوتے ہیں جب آپ چیزوں کے ممکنہ امتزاج کو شمار کرنے کی کوشش کرتے ہیں، جیسے کہ تمام مختلف فین مین ڈایاگرام جو آپ ٹکرانے والے ذرات کے سیٹ کے لیے کھینچ سکتے ہیں۔ ان پارٹیکل فزکس کیلکولیشنز کی فیکٹوریل نمو کمپیوٹنگ پاور کی تیز رفتار نمو کو پیچھے چھوڑ دیتی ہے۔

FORM جیسا سافٹ ویئر فزکس کے لیے جتنا اہم ہے، اس کو تیار کرنے کی کوششوں کو اکثر کم اہمیت دی جاتی ہے۔ ورماسرین اس لحاظ سے خوش قسمت تھے کہ انہیں نیدرلینڈ کے نیشنل انسٹی ٹیوٹ فار سباٹومک فزکس میں مستقل پوزیشن حاصل تھی، اور ایک باس جس نے اس منصوبے کو سراہا تھا۔ لیکن ایسی قسمت کا آنا مشکل ہے۔ Stefano Laporta، ایک اطالوی ماہر طبیعیات جس نے ترقی کی۔ ایک اہم سادگی الگورتھم فیلڈ کے لیے، اپنے کیریئر کا بیشتر حصہ طلباء یا آلات کے لیے فنڈنگ ​​کے بغیر گزارا ہے۔ یونیورسٹیاں سائنسدانوں کے پبلیکیشن ریکارڈز کو ٹریک کرتی ہیں، جس کا مطلب ہے کہ جو لوگ اہم انفراسٹرکچر پر کام کرتے ہیں وہ اکثر ملازمت یا مدت ملازمت کے لیے پاس کر دیے جاتے ہیں۔

ورماسرین نے کہا، "میں نے کئی سالوں میں، مسلسل دیکھا ہے کہ جو لوگ کمپیوٹر پر بہت زیادہ وقت گزارتے ہیں، وہ فزکس میں مدت ملازمت نہیں پاتے،" ورماسرین نے کہا۔

Ruijl نے کہا، "یہ زیادہ باوقار ہے، شاید، اصل میں جسمانی نتائج پیدا کرنے کے لئے اوزار پر کام کرنے کے مقابلے میں،" Ruijl نے کہا۔

جب کہ Ruijl جیسے چند نوجوان طبیعیات دان وقتاً فوقتاً FORM پر کام کرتے ہیں، اپنے کیریئر کی خاطر انہیں اپنا زیادہ تر وقت دوسری تحقیق پر صرف کرنا پڑتا ہے۔ اس سے فارم تیار کرنے کی زیادہ تر ذمہ داری ورماسرین کے ہاتھ میں رہ جاتی ہے، جو اب زیادہ تر ریٹائر ہو چکے ہیں۔

جاری ترقی کے بغیر، FORM کم سے کم استعمال کے قابل ہو جائے گا - صرف پرانے کمپیوٹر کوڈ کے ساتھ تعامل کرنے کے قابل، اور آج کے طلباء کس طرح پروگرام کرنا سیکھتے ہیں۔ تجربہ کار صارفین اس پر قائم رہیں گے، لیکن نوجوان محققین ریاضی جیسے متبادل کمپیوٹر الجبرا پروگراموں کو اپنائیں گے جو زیادہ صارف دوست ہیں لیکن اس کی شدت سست ہے۔ عملی طور پر، ان میں سے بہت سے طبیعیات دان یہ فیصلہ کریں گے کہ کچھ مسائل حد سے باہر ہیں - ہینڈل کرنا بہت مشکل ہے۔ تو پارٹیکل فزکس رک جائے گی، صرف چند لوگ ہی مشکل ترین حسابات پر کام کر سکیں گے۔

اپریل میں، ورماسرین مستقبل کے لیے منصوبہ بندی کے لیے FORM صارفین کی ایک سمٹ منعقد کر رہا ہے۔ وہ اس بات پر تبادلہ خیال کریں گے کہ FORM کو کیسے زندہ رکھا جائے: اسے کیسے برقرار رکھا جائے اور بڑھایا جائے، اور طلباء کی نئی نسل کو یہ کیسے دکھایا جائے کہ یہ کتنا کام کر سکتا ہے۔ قسمت، محنت اور فنڈنگ ​​کے ساتھ، وہ طبیعیات کے سب سے طاقتور آلات میں سے ایک کو محفوظ رکھ سکتے ہیں۔