多用户自助建站系统源码,wordpress 音乐 插件,保险设计素材网站,上海网站定制公司图片来源#xff1a;TNG COLLABORATION来源#xff1a;中国科学报摘要#xff1a;研究人员不断发展宇宙模型#xff0c;并借此发现新的宇宙理论。美国加州理工学院理论物理学家Philip Hopkins喜欢跟他的同事恶作剧。作为模拟星系形成的专家#xff0c;Hopkins有时会在演讲… 图片来源TNG COLLABORATION来源中国科学报摘要研究人员不断发展宇宙模型并借此发现新的宇宙理论。美国加州理工学院理论物理学家Philip Hopkins喜欢跟他的同事恶作剧。作为模拟星系形成的专家Hopkins有时会在演讲中把他的作品投射到真实星系照片旁边让观众分辨。“我们甚至可以欺骗天文学家。”Hopkins说“当然这并不能保证这些模型是准确的但直觉表明你正走在正确的轨道上。”几十年来科学家一直试图模拟宇宙大爆炸后可观测到的数万亿个星系是如何产生的。但在过去几年中由于计算机的速度更快、算法更好模拟已经开始精确地捕捉单个星系的细节及其质量和形状的整体分布结果。模拟宇宙宾夕法尼亚州卡耐基梅隆大学数字宇宙学家Tiziana Di Matteo说“整个领域已经迎来小黄金时代进步越来越快。”Di Matteo也是BlueTides项目负责人。随着宇宙模拟的进步它们的角色也在发生变化。几十年来数据开始单向流动从天文学家对真正星系的研究到建模者对其进行模拟。BlueTides项目参与者、英国苏塞克斯大学外星系天文学家Stephen Wilkins说现在信息也在以另一种方式流动这些模型反过来指导天文学家。“在过去模拟总是试图跟上观测的速度。”他说。例如这些模型表明最早的星系呈现奇怪的泡菜状而在碰撞过程中极薄的螺旋星系出奇地坚固而且这解释了宇宙的演化星系形成恒星比天体物理学家期望的要慢得多。这些模拟也发出了警告。一些宇宙学家希望星系的形成最终会成为一个相对简单的过程由一些基本规则支配。然而建模者指出星系就像慢慢成熟的青少年是不可预测的。“可以清楚地看出星系形成的物理现象非常混乱。”Wilkins说。在你造出一个宇宙之前你需要知道它的成分。从各种各样的测量中宇宙学家推断出宇宙中只有5%的质量和能量是像恒星和行星那样的普通物质。另外26%由神秘的暗物质组成到目前为止它们似乎只通过重力相互作用而且可能是由一些未被发现的粒子组成的。剩下的69%是一种能量形式它可以伸展空间加速宇宙的膨胀。“暗能量”可能是空间本身真空的特性所以物理学家称它为宇宙常数。宇宙学家也知道其基本步骤。宇宙在大爆炸中形成首先是一种炙热稠密的亚原子粒子汤。在一秒钟内它经历了指数级增长粒子汤的无穷小的量子波动变成了巨大的涟漪。慢慢地密集的暗物质区域在自身的重力作用下聚集成一团巨大的团块和丝状体被称为宇宙网。气体被暗物质的引力吸引沉淀在团块中并凝聚成一个叫作恒星的氢聚变球。在大爆炸后的5亿年里第一个星系形成了。在接下来的130亿年里它们会在宇宙的引力潮中漂移并通过相互融合而生长。不断发展计算机模拟帮助发展了这一理论。在20世纪80年代研究人员发现要形成足够大的团块约束观测到的星系群暗物质粒子必须缓慢移动和变冷。到2005年由德国马普学会研究人员领导的千禧模拟绘制出了一幅宇宙网络的图像其结构与星系的某些空间分布非常相似。然而千禧模拟和类似的模拟都有一个根本性的缺陷。在这些模拟实验中“基本假设是星系占据了光环并对它们没有任何作用”。加州大学伯克利分校宇宙学家冯宇音译说“相互作用是单向的。”现在建模者纳入了普通物质与自身和暗物质之间的相互作用——这一过程很难捕捉。与暗物质不同的是普通物质在被挤压时会升温产生光和其他电磁辐射然后将物质推向周围。当气体云坍缩成发光的恒星恒星在超新星爆发中爆炸以及黑洞吞噬气体并喷出辐射时这种复杂的反馈达到了极端。对于星系的行为来说这是至关重要的必须用流体力学方程式模拟而这是出了名的困难即使是用超级计算机也是如此。一般来说建模者通过将空间划分为三维网格或者将大量暗物质和普通物质打包分成成群的粒子来解决这个问题。然后模拟跟踪这些元素之间的相互作用。而冯宇表示这一过程仅仅是加载模型就消耗了计算机可用内存的90%。多年来这样的模拟产生的星系过于臃肿、庞大。但是计算机的功率在增加更重要的是辐射物质反馈模型得到了改善。现在水动力模拟已经开始产生正确数量的拥有正确质量和形状的星系——螺旋形的圆盘、矮胖的椭圆星系、球形的矮星系和古怪的非正规星系德国海德堡理论研究所宇宙学家Volker Springel说。“直到最近模拟领域一直在努力制造螺旋星系在过去5年里我们才证明了这可以做到。”Springel说。推翻结论Hopkins还表示现在的模型显示和人类一样星系往往经历着不同的生命阶段。年轻时一个星系精力充沛而一个接一个的合并扭曲了它导致了恒星的形成。在几十亿年后这个星系开始进入相对平静和稳定的中年时期。之后它开始衰老——这也是银河系正在经历的转变。但是Hopkins提到青春期的狂野和暴力使得任何星系的发展路径都难以预测。但模型还远远不够完美。它们无法靠近单个恒星建模。研究人员只能使用特别的“子网格”规则描述所有对象的平均行为。“这就像你戴着模糊的眼镜试图描述看不清的图形。”以色列耶路撒冷希伯莱大学宇宙学家Avishai Dekel说。无论如何这些模型已经推翻了一些长期以来的假设。例如天体物理学家相信当两个像银河系这样的圆盘星系碰撞并融合时这个过程会把它们变成一个单一的椭圆星系。然而这些模型显示如果它们持有足够的气体螺旋星系比预期的要坚硬。“星系部分幸存并快速恢复。”Springel说。Hopkins也认为这一发现是一个巨大的惊喜。加州大学圣克鲁斯分校天文学家Sandra Faber说决定星系大小的通常解释也被推翻了。天体物理学家认为星系的大小是由暗物质光环的旋转决定的而快速旋转的光环则产生更大、更分散的星系。但模拟显示不存在这种联系。“我们现在十分困惑。”Faber说“那是什么让大星系大小星系小呢”另一方面普林斯顿大学天体物理学家Eve Ostriker说她渴望帮助星系模拟的基础更加坚实。研究人员希望将不同大小尺度的结果串在一起以最大限度地减少对容差系数的需求。Hopkins说“你想要的是一幅连贯缝合在一起的图片。”最终一些研究人员希望通过观察和模拟能形成针对星系是如何得到它的形状和属性的统一解释。Faber预测所有星系最终都将只通过两个参数——质量和半径被分类和解释。但许多星系建模者认为这些信息总是复杂而不确定的。Springel说星系的形成可能就像天气一样因为大自然的无序它会让精确预测永远无法实现。他说“我有点担心我们能理解全局但永远不了解细节。”在这种情况下星系模拟的日益现实化可能只会强调宇宙的基本复杂性。未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
