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「柚子在野区」超级计算机也能帮助科学家研究宇宙？现实与模拟结合的必由之路

宇宙之大却井然有序
「柚子在野区」超级计算机也能帮助科学家研究宇宙？现实与模拟结合的必由之路
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仅仅说宇宙好大好大 ， 或者说无边无际 ， 似乎有点太委屈宇宙了 。 宇宙非常非常复杂 ， 它似乎拥有自己的意识 ， 星球到恒星系统 ， 星系到星系团 ， 宇宙网到整个宇宙 ， 每一个部分都互有联系 ， 彼此依存 。 除了这些看得见的重子物质 ， 暗物质与暗能量可能是整个宇宙最大的奥秘 。 暗物质与暗能量左右了宇宙的演化以及所有结构的共通性 ， 我们聊起来暗物质暗能量好像就是两个词语 ， 但是对于宇宙学家来说这是一个令人头痛的问题 。
人类虽然渺小 ， 但是也想了解宇宙 ， 梦想和远方支持着我们头脑宇宙的运作 。 那么遇到如此复杂 ， 不可琢磨 ， 看不见摸不着的宇宙神秘物质 ， 我们该如何探寻奥秘呢？比如现在我们想要了解银河系或者其他星系团与暗能量暗物质的关系 ， 怎么办呢？宇宙学家想到一个办法 ， 那就是使用不同视角的太空望远镜 ， 观察其他星系 ， 借此来研究我们的星系 ， 这其实是一种类比的方法 。
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宇宙学家们通过星系的一系列结构性行为 ， 比如激烈的碰撞融合 ， 星系之间互相牵制的引力现象 ， 还有一些极其特殊的结构可以判断——宇宙中充满了暗物质与暗能量 ， 而我们却只能通过这些看得见的重子物质推测暗物质暗能量的性质 。 现在 ， 宇宙学家们得出来一个结论 ， 暗能量和暗物质其实是空间的一种根本性质 。
它就是空间的法则 ， 就好像我们人类的根本性质是意识 ， 水或者构成人体的原子一样 。 换一个科幻的角度 ， 如果我们可以了解并且利用这种性质 ， 就可以做出很多想象都想象不到的事情……想象到的 ， 比如给暗物质粒子施加某种效应制造虫洞穿梭时空 ， 或者利用时空暗能量作为填充燃料 ， 在多个宇宙间穿梭等等 。
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超级计算机的出现 ， 也可以帮助研究宇宙
现代科学技术不断进步 ， 计算机技术也在不断发展 ， 我们通过硬件的堆叠创造了超级计算机 ， 超级计算机主要就是“超级”二字 。 现代宇宙学家可以利用超级计算机的浮点运算在一秒内进行数百万亿次的计算 ， 现在最先进的超级计算机甚至可以每秒运算百亿亿亿次 。 宇宙学家们经常利用超级计算机进行一些量子力学 ， 地球气候模拟 ， 分子原子建模 ， 人工智能智慧模拟等工作 。 在宇宙学家这里 ， 超级计算机还另有妙用 。
自20世纪中叶以来 ， 宇宙学家对宇宙的产生有了更进一步的认识 。 宇宙膨胀和宇宙微波背景CMB的发现为大爆炸理论提供了可信层理论 ， 宇宙膨胀速度的加快催生了有关暗能量的理论 。 尽管如此 ， 早期宇宙仍然有很多宇宙学家不能解决的问题 ， 仅仅依靠重子物质侧面观察研究暗物质远远不够 ， 所以宇宙学家们想到了超级计算机 。
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我们研究宇宙超巨大结构 ， 研究宇宙演化与宇宙本身的结构不可能使用类比法对比其他宇宙研究 。 所以宇宙学家可以利用超级计算机的运算力和计算的严谨性来模拟宇宙天体或者是宇宙星系 ， 现在的宇宙学家甚至会用超级计算机模拟宇宙中的超巨大结构 。 这实在难以想象 ， 换句话说这是依靠我们人类发现的一点点宇宙规律而创造的宇宙 。
模拟宇宙 ， 这是一种特殊角色
模拟宇宙并非不可能 ， 模拟的成功取决于其改进算法的应用 ， 其计算包括很多天体类型 ， 例如超大质量黑洞的形成及其对环境的影响 ， 星系与暗物质暗能量的作用比等等 。 宇宙学家运行了24000个CPU ， 经过了三个月的运算模拟 ， 创造了一个“数据宇宙” 。 如果我们用办公桌上的普通PC ， 需要至少16000年才能模拟同级别的宇宙 。 宇宙学家以前的模拟要么只关注宇宙结构的一小部分 ， 要么分辨率太低 。 但是 ， 最新的这项研究以前所未有的分辨率创建了一个具有3.5亿光年的多维数据集 ， 并跨越了130亿年的模拟时间 。


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