簡介：宇宙學(xué)家創(chuàng)造了4,000個(gè)虛擬宇宙來解決大爆炸之謎。他們使用NAOJ的ATERUI II超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建了4,000個(gè)版本的宇宙，所有版本的初始密度波動(dòng)都略有不同。研究人員讓這些虛擬宇宙經(jīng)歷了自己的虛擬膨脹，然后對(duì)它們應(yīng)用重構(gòu)方法，以查看是否可以使它們回到原始起點(diǎn)。

一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)按下創(chuàng)造宇宙的的快退鍵

宇宙膨脹（從左到右）的演化圖。宇宙重構(gòu)理論使該圖從右向左回退到最初的形態(tài)，從而從當(dāng)前星系分布中推斷再現(xiàn)出原始宇宙的密度情況。

宇宙學(xué)家在大型超級(jí)計(jì)算機(jī)上模擬了4,000個(gè)版本的宇宙，并在“大爆炸”之后的第一個(gè)瞬間按下后退鍵。

這樣做的目的是描繪大爆炸的直接結(jié)果，可觀測(cè)的宇宙突然在如此小的一微秒內(nèi)膨脹了1萬億億倍。通過將模擬的方法應(yīng)用于對(duì)當(dāng)今宇宙的實(shí)際觀測(cè)結(jié)果，研究人員希望能夠準(zhǔn)確理解這一急速膨脹時(shí)期的情況。

日本國家天文臺(tái)（NAOJ）的宇宙學(xué)家Masato Shirasaki Masato在寫給Live Science的電子郵件中寫道：“我們?cè)噲D做的事情是從今天的最新照片中猜測(cè)出我們宇宙嬰兒時(shí)期的樣子。”

燦爛斑駁的宇宙

當(dāng)今宇宙的密度是不均勻，一些斑塊富含銀河系，而另一些則相對(duì)荒涼。 Shirasaki說，對(duì)于這種可見物質(zhì)分布不均的一個(gè)可能的假設(shè)是，在大爆炸之時(shí)，微小的原始宇宙中已經(jīng)存在量子漲落或能量的隨機(jī)、即時(shí)變化。

當(dāng)宇宙膨脹時(shí)，這些不確定波動(dòng)也將擴(kuò)大，更密集的點(diǎn)延伸成為上文中描述的密度大于周圍環(huán)境的區(qū)域。引力會(huì)與這些拉長伸出的“細(xì)絲”相互作用，從而導(dǎo)致星系沿著它們聚集。

但是引力相互作用是復(fù)雜的，因此試圖倒退這個(gè)膨脹時(shí)期以了解宇宙在它出現(xiàn)之前的樣子是非常具有挑戰(zhàn)性的。宇宙學(xué)家本質(zhì)上需要從數(shù)學(xué)模型中消除引力波動(dòng)的影響。

好的的開始是成功的一半

研究人員開發(fā)了一種重構(gòu)筑方法來做到這一點(diǎn)。但是，要確定這個(gè)方法是否準(zhǔn)確，他們需要其他某種方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。因此，他們使用NAOJ的ATERUI II超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建了4,000個(gè)版本的宇宙，所有版本的初始密度波動(dòng)都略有不同。研究人員讓這些虛擬宇宙經(jīng)歷了他們自己的虛擬膨脹，然后對(duì)它們應(yīng)用重構(gòu)方法，來看看這是否可以使它們回到原始起點(diǎn)。

該結(jié)果發(fā)表在《物理評(píng)論D》（Physical Review D）上而且前景令人滿意。 Shirasaki說：“我們發(fā)現(xiàn)一種重建方法可以減少引力對(duì)觀測(cè)到的星系分布的影響，從而使我們能夠以有效的方式提取宇宙初始情況的信息?！?他補(bǔ)充說，這種重建以前曾被用于現(xiàn)實(shí)世界的銀河系，但這項(xiàng)新的研究表明，它也可以用在在宇宙的膨脹期。 Shirasaki說，下一步是將重建應(yīng)用于宇宙網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)觀測(cè)。作為斯隆數(shù)字天空研究的一部分，這些觀測(cè)已經(jīng)用位于新墨西哥州的望遠(yuǎn)鏡開始了。

相關(guān)知識(shí)

宇宙（英語：Universe）是所有時(shí)間、空間與其包含的內(nèi)容物所構(gòu)成的統(tǒng)一體；它包含了行星、恒星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質(zhì)與能量，宇指空間，宙指時(shí)間。目前人類可觀測(cè)到的宇宙，其距離大約為93?× 10光年（28.5?× 10秒差距），最大為27,160百萬秒差距；而整個(gè)宇宙的大小可能為無限大，但未有定論。物理理論的發(fā)展與對(duì)宇宙的觀察，引領(lǐng)著人類進(jìn)行宇宙構(gòu)成與演化的推論。

根據(jù)歷史記載，人類曾經(jīng)提出宇宙學(xué)、天體演化學(xué)與科學(xué)模型，解釋人們對(duì)于宇宙的觀察。最早的理論為地心說，由古希臘哲學(xué)家與印度哲學(xué)家所提出。數(shù)世紀(jì)以來，逐漸精確的天文觀察，引領(lǐng)尼古拉斯·哥白尼提出以太陽系為主的日心說，以及經(jīng)約翰內(nèi)斯·開普勒改良的橢圓軌道模型；最終艾薩克·牛頓的重力定律解釋了前述的理論。后來觀察方法逐漸改良，引領(lǐng)人類意識(shí)到太陽系位于數(shù)十億恒星所形成的星系，稱為銀河系；隨后更發(fā)現(xiàn)，銀河系只是眾多星系之一。在最大尺度范圍上，人們假定星系的分布平均，且各星系在各個(gè)方向之間的距離皆相同，這代表著宇宙既沒有邊緣，也沒有所謂的中心。透過星系分布與譜線的觀察，產(chǎn)生了許多現(xiàn)代物理宇宙學(xué)的理論。20世紀(jì)前期，人們發(fā)現(xiàn)到星系具有系統(tǒng)性的紅移現(xiàn)象，表明宇宙正在膨脹；借由宇宙微波背景輻射的觀察，表明宇宙具有起源。最后，1990年代后期的觀察，發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹速率正在加快，顯示有可能存在一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨脹，稱做暗能量。而宇宙的大多數(shù)質(zhì)量則以一種未知的形式存在著，稱做暗物質(zhì)。

by: Stephanie Pappas

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