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TUhjnbcbe - 2024/4/28 18:09:00
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多少年来,科学家们一直在努力描绘宇宙的模样,起初靠的是想象、推理,随着超级计算机的发展,科学家通过计算机模型已经了解了宇宙大致的模样。那么,宇宙真如科学家们所描述的那样吗?科学家烘焙出了“假”宇宙事实可能并非如此。模拟宇宙,我们可以把它比作烘焙一个巨大而美味的蛋糕。如果我们想做一个蛋糕,我们首先想到的原料会是鸡蛋、面粉,缺了这两样东西,蛋糕肯定是没法做成的。但是如果少了砂糖、香草荚、色拉油等材料,那么做出来的蛋糕味道如何,可想而知。同样,到目前为止,大多数模拟星系和宇宙演化的宇宙模型就像只用鸡蛋和面粉来制作的蛋糕,所涉及的材料仅包括最主要的两种——暗物质和引力。之所以只涉及这两种成分,是因为科学家们有点“懒”。涉及暗物质的计算是“简单的”,因为除了引力之外,它对其他一切都不敏感。并且暗物质比普通物质多了5倍左右,这意味着,暗物质对宇宙的影响应该比普通物质要大得多。更重要的是,现在的超级计算机运算能力有限,因此科学家们只能“偷懒”,用只含有暗物质和引力的模型来模拟宇宙,并且还要假设所有一切都是“正常”发展的。所以,可以说,根据这类模型,科学家烘焙出的只是“简易”版的宇宙蛋糕。不过,科学家的“懒”似乎并没有误事,因为这些宇宙模型的模拟结果看起来与现实吻合。例如美国宇航局的“宏伟”(Bolshoi,这个名字来自俄语,意为宏大的、伟大的)模拟,这是模拟宇宙大规模结构演化最准确的宇宙模拟之一。虽然这个模型只涉及两种成分,但却成功地模拟出了复杂且规模巨大的宇宙网(宇宙网是由星系团组成的大规模网状结构)。并且,模型中星系之间的丰度、大小和距离与现实观测的结果是相匹配的。如此看来,这种只涉及暗物质和引力的宇宙模拟应该没什么问题。然而,当我们从较小的星系尺度来验证这些模拟时,它们就开始出错了。例如这些宇宙模拟预测大星系周围有大量矮星系,但是实际观测结果却很少,这被称为“矮星系失踪”问题。这意味着,只包含暗物质和引力的宇宙模拟只能让我们看到宇宙的大致面貌,不能让我们看到宇宙的细节。而如果不能详细了解宇宙的模样,我们将无法准确了解宇宙的演变过程,也不能准确解答宇宙中各种现象发生的原因。为什么这些宇宙模型不能详细描绘宇宙模样呢?修改“配方表”有多难?原因其实很简单,没有加入普通物质。就像只用鸡蛋和面粉制作出来的蛋糕,只有其形,而无其味一样。要想模拟出真实的宇宙,那么普通物质必不可少,因为普通物质会影响星系的性质,甚至影响星系周围的暗物质分布。但是把普通物质加入宇宙模型并不像制作蛋糕那么简单。科学家对此也很无奈,因为普通物质会与许多其他力发生作用,比如电、磁等,因此如果在模型中加入普通物质,就需要解决很多问题才能完成模拟。整个模拟过程会变得很复杂,运算所耗费的时间也将会大大增加,这就对用于模拟实验的计算机提出了很高的要求。而长期以来,模拟实验所用的计算机就像比较“简陋”的“烘焙室”,让烘焙“宇宙蛋糕”的蛋糕师们没法大展身手,制作出让人满意的“宇宙蛋糕”。而现在,随着超级计算机的运算能力和算法变得越来越强大,科学家们也开始尝试着将普通物质加入宇宙模型中,试着为我们展示宇宙真实的模样。
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