第一個(gè)逼真的虛擬宇宙誕生

天文學(xué)家們用一種叫”Illustris”的計(jì)算機(jī)模擬器創(chuàng)造出了第一個(gè)逼真的虛擬宇宙。Illustris能夠以空前的3.5億光年的分辨率，在多維數(shù)據(jù)集中重現(xiàn)130億年的宇宙演化過(guò)程。

“迄今為止，還沒(méi)有哪個(gè)單獨(dú)的模擬器有能力同時(shí)復(fù)制出一個(gè)既有大規(guī)模也有小規(guī)模的宇宙。”麻省理工學(xué)院哈佛-史密松天體物理中心研究員邁克·沃格爾斯伯杰如是說(shuō)。

先前模擬宇宙的嘗試都由于缺乏計(jì)算能力和底層物理的復(fù)雜性而受阻，因此，這些項(xiàng)目不是受到分辨率的限制，就是被迫只能專(zhuān)注于宇宙的一小部分。早先的模擬也受困于為恒星形成、超新星爆發(fā)、超大質(zhì)量黑洞的復(fù)雜建模。

Illustris運(yùn)用復(fù)雜的電腦程序高保真地重現(xiàn)了宇宙的演化。它包括正常物質(zhì)和暗物質(zhì)，其3D像素（或分辨率元素）達(dá)120億。

團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)Illustris項(xiàng)目長(zhǎng)達(dá)五年時(shí)間，實(shí)際計(jì)算用了三個(gè)月的“運(yùn)行時(shí)間”，總共使用了8000臺(tái)中央處理器同時(shí)運(yùn)行。如果他們用的是普通的臺(tái)式電腦，那就需要超過(guò)2000年的時(shí)間來(lái)完成計(jì)算。

計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)始于大爆炸后的1200萬(wàn)年。當(dāng)它運(yùn)行到當(dāng)下，天文學(xué)家們?cè)谀M空間的多維數(shù)據(jù)集中計(jì)算出了超過(guò)41000個(gè)星系。重要的是，Illustris產(chǎn)生了一個(gè)逼真的組合體，它是類(lèi)似于銀河系的螺旋星云和球狀橢圓星系的組合。它也重新構(gòu)建出了大規(guī)模的結(jié)構(gòu)，如星系團(tuán)和宇宙網(wǎng)的泡沫、空洞。在小規(guī)模方面，它準(zhǔn)確地再現(xiàn)了各個(gè)星系的化學(xué)反應(yīng)。

因?yàn)楣獾乃俣仁枪潭ǖ模煳膶W(xué)家們看的距離越遠(yuǎn)，他們所能看到過(guò)去也就越久遠(yuǎn)。我們看到的一個(gè)十億光年遠(yuǎn)的星系是它十億年前的形態(tài)。像哈勃這樣的望遠(yuǎn)鏡可以通過(guò)探測(cè)更遠(yuǎn)的距離傳達(dá)給我們?cè)缙谟钪娴臉幼樱牵煳膶W(xué)家不能夠用哈勃望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀測(cè)到一個(gè)星系隨著時(shí)間推移的演化。

Illustris像一個(gè)時(shí)光機(jī)器，我們可以在時(shí)間上向前和向后看，我們可以暫停下來(lái)模擬，而且還可以放大到一個(gè)星系或星系團(tuán)去看看到底發(fā)生了什么。

編譯| 王譽(yù)成

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