人類文明走過(guò)了 5000 多年，地球的歷史大約 46 億年，而宇宙大爆炸距離現(xiàn)在已經(jīng)有 138 億年，關(guān)于宇宙的誕生和演進(jìn)，依然存在著太多未解之謎。

最近一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)重新「創(chuàng)造」了一個(gè)宇宙，完成了迄今為止最詳細(xì)的大型宇宙演進(jìn)模型 TNG50，目前這項(xiàng)研究成果將發(fā)表在 12 月的《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

這個(gè)虛擬宇宙是一個(gè)直徑超過(guò) 2.3 億光年的模擬空間立方體，通過(guò)這個(gè)虛擬宇宙可以觀察 100 萬(wàn)倍尺度上的物理現(xiàn)象，通過(guò)模擬物質(zhì)、恒星、宇宙氣體、磁場(chǎng)和超大質(zhì)量黑洞的 200 億多個(gè)粒子，再現(xiàn)成千上萬(wàn)個(gè)星系在 138 億年間的演化過(guò)程。

在天文物理界，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬宇宙演進(jìn)的研究已經(jīng)發(fā)展了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但受到計(jì)算機(jī)算力的限制，此前的宇宙演進(jìn)模型要么為了規(guī)模犧牲精細(xì)程度，要么只能在單個(gè)星系的呈現(xiàn)高精度的細(xì)節(jié)，二者不可兼得，而 TNG50 終于解決了這個(gè)問(wèn)題。

據(jù)該項(xiàng)目研究成員，佛羅里達(dá)大學(xué)物理學(xué)副教授 Paul Torrey 介紹，TNG50 本身就是一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)集，人們可以這個(gè)高質(zhì)量和高分辨率的銀河系中了解其在形成和演化過(guò)程中內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

為了完成這個(gè)高精度的大規(guī)模宇宙模型，科學(xué)家動(dòng)用了位于德國(guó)斯圖加特大學(xué)的超級(jí)計(jì)算機(jī)?Hazel Hen，這是全球十大最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一，擁有 18.5 萬(wàn)個(gè)處理器核心。

TNG50 的宇宙演進(jìn)模擬，需要使用 Hazel Hen 的 16000 個(gè)處理器核心，持續(xù)運(yùn)行一年多才完成，這相當(dāng)于在單個(gè)處理器上運(yùn)行了 15000 年，是有史以來(lái)計(jì)算量最大的天體模擬之一。

盡管投入的成本不小，但德國(guó)馬克斯·普朗克天體物理研究所（Max –Planck-Gesellschaft）的 Dylan Nelson 博士表示，與這項(xiàng)研究揭示了很多不可預(yù)見(jiàn)的物理現(xiàn)象。

當(dāng)輸出比輸入更多的時(shí)候，這種數(shù)字實(shí)驗(yàn)尤其成功，在模擬中，我們看到了沒(méi)有明確編程到模擬代碼中的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象以自然的方式出現(xiàn)，源于模型宇宙基本物理成分的復(fù)雜相互作用。

通過(guò) TNG50 ，研究人員可以看到在宇宙誕生后不久后，圓盤(pán)星系是如何從混亂、混亂和高度動(dòng)蕩的氣體云中出現(xiàn)的，當(dāng)研究人員與計(jì)算機(jī)生成的宇宙模型和現(xiàn)實(shí)中觀察中結(jié)果比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)與銀河系的實(shí)際情況相符。

盡管研究人員已經(jīng)通過(guò)這個(gè)模型取得了一些初步發(fā)現(xiàn)，但由于涉及的數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大，距離完全剖析這個(gè)宇宙演進(jìn)模型還需要更長(zhǎng)的時(shí)間，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃公開(kāi) TNG50 的所有模擬數(shù)據(jù)，供世界各地的天文學(xué)家共同研究。

在浩瀚的宇宙中，人類可能是比塵埃還渺小的存在，但不斷進(jìn)化的技術(shù)至少可以讓我們對(duì)身處這個(gè)世界了解更多一些。

題圖來(lái)自：《星際穿越》，部分配圖來(lái)自：Max –Planck-Gesellschaft