超級計算機成功模擬宇宙140億年演化

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超級計算機成功模擬宇宙140億年演化

天文學家近期成功實現了對宇宙演化的一次模擬，結果與實際觀測極為吻合。

然而此次模擬的結果與實際的觀測之間也仍然存在不相符合的地方，說明我們對於宇宙的運作機制仍然存在理解不足或是錯誤的地方。天文學家們還將繼續努力，回答宇宙向我們提出的終極問題。

新浪科技訊 北京時間5月9日消息，據國外媒體報道，天文學家們已經能相當有信心地指出我們的宇宙是何時開始，以及其後大約140億年的演化歷程。然而要將我們所知有關宇宙演化的一切知識融入計算機並展現出來將不是一件容易的事。實際上這項任務已經超越了任何一台計算機的能力。

然而就在最近，天文學家們宣布他們經過3個月的運算，讓8000個CPU同時併網運行，成功實現了對宇宙演化的模擬。如果用你的辦公室普通台式機進行這樣的模擬，那麼你將需要花費大約2000年的時間才能完成運算。

哈佛-史密松天體物理中心的馬克·沃格爾貝格(Mark Vogelsberger)是這項研究的首席科學家。他說：「直到目前，還沒有任何一個單獨的模擬實驗能夠同時重現宇宙在大尺度和小尺度上的結構特徵。」

此前的工作要麼將重點著眼於宇宙的一小部分局部區域，要麼模擬的解析度太低。然而這次的這項模擬實驗模擬的空間尺度直徑達3.5億光年，時間上縱貫130億年的歷史，解析度驚人。有關這項工作的論文已經發表於5月8日出版的《自然》雜誌。

在這個模型中，宇宙大爆炸之後的情景被理解為一鍋高溫的原始湯逐漸冷卻並形成宇宙中最早一批恆星和星系的過程。在計算過程中暗物質也被包括在內，它們在宇宙網路中佔據著主導的地位。在其引力的作用下聚集起巨大的星系群結構。

超新星爆發在星系際以及恆星際空間中播撒下越來越多，原子量越來越大的元素。這一過程同樣被納入了模擬過程，從而為我們提供了一個窺視恆星，行星的形成，有機化學過程的出現直至生命誕生過程的窗口。

這一模擬的另一項令人震驚之處便是其得到的結果與今天通過天文台所得觀測結果兩者之間的驚人相似性。對遙遠宇宙邊緣的星繫結構的演化重現得到的結果與我們在實際宇宙中所見的情況存在驚人的相似。

這一模型僅僅使用了基於在過去數十年(甚至數百年)來天文觀測所積累數據構建的方程，並考慮其隨時間發生的變化。這樣做之後得到的結果是令人震驚的，甚至讓人難以分辨模擬結果與現實宇宙。

這一模型被稱作「Illustris」，這是一個3D模擬空間，其中包含120億個像素，所有這些都按照制約常規物質(以及暗物質)的基本方程來進行運算。研究人員們現在尅一放大某個感興趣的區域並觀察其中不同的機制。當他們查看模擬結果中大爆炸之後大約1200萬年時的情景時，他們注意到當時已經有大約4.1萬個星系已經形成，從看似一片混亂的物質背景中形成宏觀的星繫結構群。

研究論文的合著者，同樣來自哈佛-史密松天體物理中心的夏·傑尼爾(Shy Genel)表示：「Illustris就像一台時間機器。我們能夠向前或向後撥動時間。我們還能中斷模擬過程，並放大某個星系或星系群，從而細緻觀察其演化過程。」

然而正如在《自然》雜誌公布有關論文的同時所附帶的一段視頻所顯示的那樣，模擬的結果與實際的觀測之間也有不相符合的地方，但這正是科學的本質——提出假設，驗證理論，並將其與現實世界進行對比。如果有哪些地方存在差異，那麼這就說明我們對於宇宙的運作機制仍然存在理解不足或是錯誤的地方。天文學家們還將繼續努力，回答宇宙向我們提出的終極問題。———新浪科技

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