科學家「創造」了一個新宇宙，將 138 億年塞進計算機

人類文明走過了 5000 多年，地球的歷史大約 46 億年，而宇宙大爆炸距離現在已經有 138 億年，關於宇宙的誕生和演進，依然存在着太多未解之謎。
最近一個國際科學家團隊通過計算機重新「創造」了一個宇宙，完成了迄今為止最詳細的大型宇宙演進模型 TNG50，目前這項研究成果將發表在 12 月的《皇家天文學會月刊》上。

這個虛擬宇宙是一個直徑超過 2.3 億光年的模擬空間立方體，通過這個虛擬宇宙可以觀察 100 萬倍尺度上的物理現象，通過模擬物質、恆星、宇宙氣體、磁場和超大質量黑洞的 200 億多個粒子，再現成千上萬個星系在 138 億年間的演化過程。


在天文物理界，通過計算機模擬宇宙演進的研究已經發展了很長一段時間，但受到計算機算力的限制，此前的宇宙演進模型要麼為了規模犧牲精細程度，要麼只能在單個星系的呈現高精度的細節，二者不可兼得，而 TNG50 終於解決了這個問題。

據該項目研究成員，佛羅里達大學物理學副教授 Paul Torrey 介紹，TNG50 本身就是一個巨大的數據集，人們可以這個高質量和高分辨率的銀河系中了解其在形成和演化過程中內部的結構。


為了完成這個高精度的大規模宇宙模型，科學家動用了位於德國斯圖加特大學的超級計算機 Hazel Hen，這是全球十大最強的超級計算機之一，擁有 18.5 萬個處理器核心。
TNG50 的宇宙演進模擬，需要使用 Hazel Hen 的 16000 個處理器核心，持續運行一年多才完成，這相當於在單個處理器上運行了 15000 年，是有史以來計算量最大的天體模擬之一。


▲Hazel Hen 超級計算機. 圖片來自：HPCwire

儘管投入的成本不小，但德國馬克斯·普朗克天體物理研究所（Max –Planck-Gesellschaft）的 Dylan Nelson 博士表示，與這項研究揭示了很多不可預見的物理現象。

引用當輸出比輸入更多的時候，這種數字實驗尤其成功，在模擬中，我們看到了沒有明確編程到模擬代碼中的現象。這些現象以自然的方式出現，源於模型宇宙基本物理成分的複雜相互作用。

通過 TNG50 ，研究人員可以看到在宇宙誕生後不久後，圓盤星系是如何從混亂、混亂和高度動盪的氣體雲中出現的，當研究人員與計算機生成的宇宙模型和現實中觀察中結果比較時，發現與銀河系的實際情況相符。


儘管研究人員已經通過這個模型取得了一些初步發現，但由於涉及的數據量過於龐大，距離完全剖析這個宇宙演進模型還需要更長的時間，研究團隊計劃公開 TNG50 的所有模擬數據，供世界各地的天文學家共同研究。

在浩瀚的宇宙中，人類可能是比塵埃還渺小的存在，但不斷進化的技術至少可以讓我們對身處這個世界了解更多一些。
題圖來自：《星際穿越》，部分配圖來自：Max –Planck-Gesellschaft


資料來源：愛範兒（ifanr）