這個(gè)令人興奮的景象是有史以來最大的宇宙模擬

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)超級計(jì)算機(jī)剛剛完成了迄今為止最大的宇宙天體物理模擬。

2024 年 11 月，物理學(xué)家使用了 9000 個(gè)前沿超級計(jì)算機(jī)模擬膨脹宇宙的體積，測量超過 310 億立方兆秒差距。

該項(xiàng)目的成果稱為ExaSky 公司將幫助天體物理學(xué)家和宇宙學(xué)家了解宇宙的演化和物理學(xué)，包括探索宇宙的神秘性質(zhì)暗物質(zhì).

“宇宙中有兩個(gè)組成部分：暗物質(zhì)——據(jù)我們所知，它只在引力作用下相互作用——和常規(guī)物質(zhì)，或原子物質(zhì)，”物理學(xué)家薩爾曼·哈比卜 （Salman Habib） 解釋道領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室。

“所以，如果我們想知道宇宙在做什么，我們需要模擬這兩件事：引力以及包括熱氣體在內(nèi)的所有其他物理學(xué)，以及恒星的形成。黑洞和星系;可以說是天體物理學(xué)的“廚房水槽”。這些模擬就是我們所說的宇宙學(xué)流體動(dòng)力學(xué)模擬。

當(dāng)我們穿越太空，跨越數(shù)十億光年時(shí)，我們也在穿越時(shí)間。因此，我們能夠拼湊出宇宙如何演化的畫面。但是，宇宙尺度上的變化需要很長時(shí)間，我們無法實(shí)時(shí)看到這些變化。

模擬是我們嘗試了解宇宙如何演化的最佳工具之一。我們可以插入數(shù)字、加快時(shí)間、倒帶、放大、縮小，總的來說，只是在廣闊的宇宙中扮演至高無上的存在。

這聽起來很簡單，但事實(shí)并非如此。空間很大，而且異常復(fù)雜。它需要大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，以及一臺(tái)極其強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)。即便如此，為了效率，可能還有很多事情需要省略。例如，以前的仿真不得不省略構(gòu)成流體動(dòng)力學(xué)仿真的許多變量。

“如果我們要模擬由智利魯賓天文臺(tái)等大型望遠(yuǎn)鏡之一探測到的宇宙的很大一部分，你說的是巨大的時(shí)間塊——數(shù)十億年的膨脹?！?a>哈比卜 說.“直到最近，我們甚至無法想象做這樣一個(gè)大型的仿真，除了僅重力近似。”

我們花了數(shù)年時(shí)間來完善運(yùn)行 ExaSky 模擬所需的算法、數(shù)學(xué)和硬件/混合加速宇宙學(xué)代碼。

但是，隨著升級使 Frontier 成為當(dāng)時(shí)世界上最快的超級計(jì)算機(jī)，該團(tuán)隊(duì)能夠增加模擬的規(guī)模，以模擬宇宙的膨脹。

我們還需要一段時(shí)間才能看到任何基于模擬的已發(fā)布分析，但您可以欣賞一些預(yù)告片。該團(tuán)隊(duì)發(fā)布的一段視頻顯示，一個(gè)巨大的星系團(tuán)聚集在一個(gè)尺寸為 64 x 64 x 76 兆秒差距或 311,296 立方兆秒差距的空間體積中。

這個(gè)體積僅占整個(gè)模擬體積的 0.001%，因此我們預(yù)計(jì)未來會(huì)看到一些非常令人興奮的結(jié)果。

“這不僅是因?yàn)槲锢碛虻凝嫶笠?guī)模，這是與百萬兆次級計(jì)算實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代調(diào)查觀測進(jìn)行直接比較所必需的?！?a>天體物理學(xué)家 Bronson Messer 說橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室。

“還包括重子和所有其他動(dòng)態(tài)物理學(xué)的額外物理真實(shí)感，使這種模擬成為現(xiàn)實(shí)杰作為 Frontier 的。

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