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科学家「创造」了一个新宇宙,将 138 亿年塞进计算机

北极蚊子 2019-11-20 15:57

人类文明走过了 5000 多年,地球的历史大约 46 亿年,而宇宙大爆炸距离现在已经有 138 亿年,关于宇宙的诞生和演进,依然存在着太多未解之谜。

最近一个国际科学家团队通过计算机重新「创造」了一个宇宙,完成了迄今为止最详细的大型宇宙演进模型 ,目前这项研究成果将在 12 月的《皇家天文学会月刊》上。

这个虚拟宇宙是一个直径超过 2.3 亿光年的模拟空间立方体,通过这个虚拟宇宙可以观察 100 万倍尺度上的物理现象,通过模拟物质、恒星、宇宙气体、磁场和超大质量黑洞的 200 亿多个粒子,再现成千上万个星系在 138 亿年间的演化过程。

在天文物理界,通过计算机模拟宇宙演进的研究已经发展了很长一段时间,但受到计算机算力的限制,此前的宇宙演进模型要么为了规模牺牲精细程度,要么只能在单个星系的呈现高精度的细节,二者不可兼得,而 TNG50 终于解决了这个问题。

据该项目研究成员,佛罗里达大学物理学副教授 Paul Torrey 介绍,TNG50 本身就是一个巨大的数据集,人们可以这个高质量和高分辨率的银河系中了解其在形成和演化过程中内部的结构。

为了完成这个高精度的大规模宇宙模型,科学家动用了位于德国斯图加特大学的超级计算机 Hazel Hen,这是全球十大最强的超级计算机之一,拥有 18.5 万个处理器核心。

TNG50 的宇宙演进模拟,需要使用 Hazel Hen 的 16000 个处理器核心,持续运行一年多才完成,这相当于在单个处理器上运行了 15000 年,是有史以来计算量最大的天体模拟之一。

▲Hazel Hen 超级计算机. 图片来自:HPCwire

尽管投入的成本不小,但德国马克斯·普朗克天体物理研究所(Max –Planck-Gesellschaft)的 Dylan Nelson 博士表示,与这项研究揭示了很多不可预见的物理现象。

当输出比输入更多的时候,这种数字实验尤其成功,在模拟中,我们看到了没有明确编程到模拟代码中的现象。这些现象以自然的方式出现,源于模型宇宙基本物理成分的复杂相互作用。

通过 TNG50 ,研究人员可以看到在宇宙诞生后不久后,圆盘星系是如何从混乱、混乱和高度动荡的气体云中出现的,当研究人员与计算机生成的宇宙模型和现实中观察中结果比较时,发现与银河系的实际情况相符。

尽管研究人员已经通过这个模型取得了一些初步发现,但由于涉及的数据量过于庞大,距离完全剖析这个宇宙演进模型还需要更长的时间,研究团队计划公开 TNG50 的所有模拟数据,供世界各地的天文学家共同研究。

在浩瀚的宇宙中,人类可能是比尘埃还渺小的存在,但不断进化的技术至少可以让我们对身处这个世界了解更多一些。

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