這個令人興奮的景象是有史以來最大的宇宙模擬

美國橡樹嶺國家實驗室的一臺超級計算機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 個前沿超級計算機模擬膨脹宇宙的體積，測量超過 310 億立方兆秒差距。

該項目的成果稱為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)這項工作的美國阿貢國家實驗室。

“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)流體動力學(xué)模擬。

當我們穿越太空，跨越數(shù)十億光年時，我們也在穿越時間。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間，我們無法實時看到這些變化。

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，但事實并非如此?？臻g很大，而且異常復(fù)雜。它需要大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，以及一臺極其強大的超級計算機。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等大型望遠鏡之一探測到的宇宙的很大一部分，你說的是巨大的時間塊——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大型的仿真，除了僅重力近似?！?/p>

我們花了數(shù)年時間來完善運行 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 成為當時世界上最快的超級計算機，該團隊能夠增加模擬的規(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。該團隊發(fā)布的一段視頻顯示，一個巨大的星系團聚集在一個尺寸為 64 x 64 x 76 兆秒差距或 311,296 立方兆秒差距的空間體積中。

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

“這不僅是因為物理域的龐大規(guī)模，這是與百萬兆次級計算實現(xiàn)的現(xiàn)代調(diào)查觀測進行直接比較所必需的?！?a>天體物理學(xué)家 Bronson Messer 說橡樹嶺國家實驗室。

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

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