最深刻的剖析

我們所在的宇宙到底是什么樣的結(jié)構(gòu)，宇宙中存在的各種物質(zhì)究竟如何分布，各種物質(zhì)間如何作用？圍繞這上述的種種，人類一直都在進行不懈的探索，而隨著新的科技手段的引入，我們的探索將愈加接近事情的本源。

2012年9月，德國天文學家開發(fā)了一種新的人工智能算法，憑借前所未有的精確度來繪制和解釋環(huán)繞在我們周圍時空的宇宙結(jié)構(gòu)和動力學系統(tǒng)。本項研究由位于德國北方城市波茨坦的萊布尼茨天體物理學研究所科學家弗朗西斯科·西薩拉（Francisco　Kitaura）博士領(lǐng)導，該研究團隊將最新研究成果發(fā)表在英國皇家天文學會的每月通告上?？茖W家們以往總是使用大型望遠鏡來瀏覽天空，為成千上萬的星系繪制坐標和測算距離，從而構(gòu)造出大范圍的宇宙結(jié)構(gòu)圖。

但是，天文學家所觀測到的分布情況是有趣也難以解釋的，因為宇宙中分布的龐大星系（團）不但形成復雜的“宇宙網(wǎng)”，而且星系之間還分布著相互連接的細絲和大片的真空區(qū)域。圖中顯示了本星系群宇宙空間的圖像數(shù)據(jù)，所繪制的圖像對應宇宙天區(qū)為每邊長3.7億光年，紅色的圓圈標記了星系的位置，由2微米紅移巡天（2MRS）觀測，該計劃對超過4.5萬個星系的位置和距離進行了測量。藍色的圓圈為穿過“隱帶”（銀河系周圍聚集星際物質(zhì)的不規(guī)則帶）一些隨機分布的星系。

如此多樣時空結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力是萬有引力，其來源由兩部分組成：首先，構(gòu)成宇宙的5%　是“正常”物質(zhì)，這些物質(zhì)構(gòu)成了恒星、行星、塵埃和其他可見的物質(zhì)，其次的23%是不可見的“暗”物質(zhì)，除此之外宇宙中72%由神秘的“暗能量”構(gòu)成，而不是此前經(jīng)典理論所認為的由可能導致宇宙加速膨脹的引力統(tǒng)治著。這三種構(gòu)成宇宙的組分在一個被稱為Λ-冷暗物質(zhì)（Lambda3c9464cfdce48d57eb289955fbe87c74965fe2152b8e4241f1da6b6b751f1fb6-CDM）的模型中被提及，引入了宇宙學常數(shù)來解釋導致宇宙加速膨脹的暗能量，使得宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和3K輻射理論可完整描述。

測量宇宙大爆炸的余熱讓天文學家能夠確定包括銀河在內(nèi)的星系演化動態(tài)模型，這種余熱被稱作是宇宙微波背景輻射，這是大約在137億年前宇宙大爆炸之后發(fā)出并彌散在宇宙空間中的電磁輻射，也可以稱為3K輻射。天文學家試圖通過對我們周圍物質(zhì)的分布情況及其相互間的萬有引力來研究這種動態(tài)，但該情況被繪制同一區(qū)域內(nèi)暗物質(zhì)所制約，因為后者難以統(tǒng)籌到該體系之中。

將暗物質(zhì)分布情況與星系之間相互對應符合就如同在繪制歐洲地圖時，使用只顯示夜晚人口密集地區(qū)亮光的衛(wèi)星地圖。為了解決這個問題，研究人員開發(fā)出一種基于人工智能的新型算法，其依據(jù)宇宙微波背景輻射并可觀察到宇宙密度波動的影響，最后顯示出從137億年前的宇宙大爆炸時期至今天星系的演化過程，新的人工智能算法可看到星系分布與運動之間的關(guān)系。

科學家的研究成果也與Λ-冷暗物質(zhì)（Lambda-CDM）模型的預測相符，為了解釋星系剩余的20%速度，我們需要考慮在4.6億光年外宇宙物質(zhì)分布通過宇宙大尺度結(jié)構(gòu)對本星系群產(chǎn)生的影響，但目前的數(shù)據(jù)在如此超距離上并不太可靠。盡管這樣，我們的預測模型還是前進了一大步，在人工智能技術(shù)的幫助下，我們以前所未有的精確性推演本星系群在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的物質(zhì)分布上所產(chǎn)生的影響，并研究宇宙大尺度結(jié)構(gòu)是如何應運而生的。

宇宙時空結(jié)構(gòu)圖像中對應宇宙天區(qū)為每邊長3.7億光年，紅色的圓圈標記了星系的位置，藍色的圓圈為隨機分布的星系。