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家和宇宙學家了解宇宙的演化和物理學，包括探索宇宙的神秘性質暗物質.

“宇宙中有兩個組成部分：暗物質——據我們所知，它只在引力作用下相互作用——和常規物質，或原子物質，”物理學家薩爾曼·哈比卜 （Salman Habib） 解釋道領導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的所有其他物理學，以及恒星的形成。黑洞和星系;可以說是天體物理學的“廚房水槽”。這些模擬就是我們所說的宇宙學流體動力學模擬。

當我們穿越太空，跨越數十億光年時，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。空間很大，而且異常復雜。它需要大量復雜的數學運算，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成流體動力學仿真的許多變量。

“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——數十億年的膨脹。”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。”

我們花了數年時間來完善運行 ExaSky 模擬所需的算法、數學和硬件/混合加速宇宙學代碼。

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布分析，但您可以欣賞一些預告片。該團隊發布的一段視頻顯示，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%，因此我們預計未來會看到一些非常令人興奮的結果。

“這不僅是因為物理域的龐大規模，這是與百萬兆次級計算實現的現代調查觀測進行直接比較所必需的。”天體物理學家 Bronson Messer 說橡樹嶺國家實驗室。

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

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