Olemme nähneet videon, jossa puita kasvaa tai vuoria muodostuu, jopa maanpinnasta kiihtyi osoittaakseen, kuinka mannerat siirtyivät nykypäivän kokoonpanoonsa ja muuttuvat tulevaisuudessa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kuuntelee isoa räjähdystä
- Nopea kiertue maailmankaikkeuden luonnon läpi
Nyt näemme kehittyvän maailmankaikkeuden aikakatkaistuja kuvia - 13 miljardin vuoden kosmista evoluutiota, joka on 350 miljoonan valovuoden kuutio puolella - kutistunut tietokoneidemme näytölle. Yllä oleva video kuljettaa meidät ajan ja tilan läpi, kun kaasu kuumenee, tähdet räjähtää, galaksit muodostuvat, mustat aukot syövät ja maailmankaikkeus laajenee. Näemme valtavat avaruusalueet, jotka on kartoitettu tummamateriaalina, kaasun lämpötilana, raskasmetalleina, näkyvänä valona - datana, joka limittyy ja päällekkäin 12 miljardin 3D-pikselin läpi.
"Tähän asti mikään yksittäinen simulaatio ei kyennyt toistamaan maailmankaikkeutta sekä suurilla että pienillä mittakaavoilla samanaikaisesti", sanoo Mark Vogelsberger MIT / Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta (CfA). Vogelsberger yhdessä tutkijoiden kanssa Saksassa, Isossa-Britanniassa ja muissa Yhdysvaltojen instituutioissa paljasti simulaationsa eilen Luonteessa .
Tämä virtuaalinen, mutta realistinen maailmankaikkeus rakennettiin tietokoneohjelmalla nimeltä Illustris, joka käytti monimutkaista koodia maailmankaikkeuden rakentamiseen alusta alkaen, noin 12 miljoonaa vuotta Ison räjähdyksen jälkeen.
Miljardia vuotta kestävän ohjelman luominen vaati sopivasti pitkäaikaisia investointeja inhimillisessä mittakaavassa - tutkijat viettivät viisi vuotta Illustriksen kehittämiseen. Siinä tosiasialliset laskelmat kestivät kolmen kuukauden "ajoajasta" supertietokoneissa, ja niihin osallistui mahtava 8000 keskusyksikköä (CPU, kukin tietokoneen "aivo"), jotka toimivat samanaikaisesti. Vertailun vuoksi yksin työskentelevä keskimääräinen pöytätietokone olisi suorittanut tämän tehtävän 2000 vuodessa.
Kun laskenta päättyi nykypäivään, Illustris oli rakentanut yli 41 000 galaksia, yhdessä galaksiklusterien ja tyhjien alueiden kanssa, jotka tutkijoiden mukaan kaappaavat todellisen maailmankaikkeuden olemuksen erittäin hyvin. Lähentäminen paljastaa tarkkuuden, joka on niin hieno, että se pystyy näyttämään yksittäisissä galakseissa pyörivien kaasujen kemiasta.
Kuinka simulointi toimii? Yksi pieni näkökohta perustuu valon perusperiaatteeseen, maailmankaikkeuden nopeimpaan aineeseen. Valo kulkee tunnetulla nopeudella - 299 792 458 metriä sekunnissa - joten kun katsomme teleskooppeja miljardin valovuoden päässä olevasta galaksista, näemme menneisyyden - valon, joka säteili miljardi vuotta sitten. Näin kauempana tähtitieteilijät näkevät, isä ajassa taaksepäin, jonka he voivat nähdä.
Mutta teleskooppien havainnot luovat vain erillisiä kappaleita maailmankaikkeuden evoluutiosta, eivätkä ne anna kenenkään katsoa, kuinka tietyt galaksimorfit muuttuvat ajan myötä. Joten Illustriksen rakentaneiden tutkijoiden oli täytettävä valtavat tilan ja ajan aukot tutkimalla perusteet siitä, kuinka normaali aine, tumma aine ja tumma energia - maailmankaikkeuden pääasialliset jutut - ovat vuorovaikutuksessa tilassa. Kuten saatat odottaa, monimutkaiset fysikaaliset ja kemialliset prosessit vaikuttavat kosmisten rakenteiden muodostumiseen.
Nykyinen ajatus viittaa siihen, että piirteiden kehitys avaruudessa "on itsesääntelevä prosessi siinä mielessä, että muodostuneet rakenteet, erityisesti tähdet ja mustat aukot, vaikuttavat ympäristöönsä ja seuraavan sukupolven rakenteiden kehitykseen". kirjailijat kirjoittavat Illustrisin sivustolla. "Illustrisissa kattava (vaikka ei täydellinen) joukko fysikaalisia prosesseja, kuten tähtiä muodostavat galaktiset tuulet ja mustan aukon lämpöenergian injektiot, mallinnetaan koko kosmisen historian ajan." Tällaiset simulaatiot ovat avain realistisen joukon mallinnetut galaksit.
Muissa kirjoittajien tuottamissa videoissa esitetään tietyt simulaatiosivut - 13 miljardin vuoden kaasun lämpötilat avaruudessa tai tietyn galaksin täydellinen kehitys. "Illustris on kuin aikakone", sanoo CfA: n kirjoittaja Shy Genel. "Voimme mennä eteenpäin ja taaksepäin ajassa. Voimme keskeyttää simulaation ja zoomata yhteen galaksi- tai galaksiklusteriin nähdäksemme mitä oikein tapahtuu. "
Ja voimme katsella myös ihmettä, kun lentämme hermoverkkoja muistuttavien filamenttien läpi, tilan ja ajan pelkästään suurella kokoa ja ihmiskunnan voimaa simuloida sitä.
