如何实现在计算机演变史上模拟宇宙的演变过程

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本片通过对哈佛天文学杂志《天空和望远镜》的介绍,讲述了近70年天文学发展进程,以及这本杂志的历史、现在和未来。
浩瀚的宇宙,神秘的太空,仰望星空时,人们不免会疑问星星到底是什么?它是什么时候开始形成的,又将会在何时消失?什么事行星?什么是恒星?什么又是星系?恒星是怎样形成的?怎样衡量一颗恒星的年龄?对于这些天文物理学问题,索伦迈博姆将会深入浅出地向我们解释他对这些问题的答案。
库尔茨博士作为天文学尤其是星震学领域的专家,通过以乐器的振动和自然界中振动做比拟,举例讲解了宇宙中恒星的振动情况,以及两颗共用轨道的恒星以及恒星与行星会面时的状况,从振动的角度阐释了恒星所发出的声音。
神秘的太空,浩瀚的宇宙,多少年来人类一直持续着对太空的探索。当我们抬起头来看着头顶的这个熟悉的日日与我们相伴的太阳时,我们真的了解它吗?无数的天文物理学家对太阳进行了探索,并创造出了很多的航天器探测器来探测太阳的状况。什么是太阳黑子?什么是太阳风?什么事太阳耀斑?太阳的温度有多少?人类是怎样接近太阳而又不必担心其高温的烤灼的?本视频会给你一个满意的答案。
人类习惯仰望天空,那里充满神秘,引起人们的无限好奇。演讲人研究领域广泛,他带我们回顾了望远镜的发展,并为我们展示了精美神奇的费米气泡,这个8字型的巨大气泡就位于银河系的正中心,他带我们就观察费马气泡,并且去猜测起来源,计算起内部结构细节,带我们进入神秘宇宙。
这是一次系列性的讲座,每个月邀请演讲者来到这个研究事件发生的地方。然后我们走出去,自己仰望天空,发现星空的美丽与奥妙。
阿维·罗伯教授介绍了未来十年天文学的主要研究对象之一:第一代恒星和星系,以及研究方法:大型望远镜和电脑模拟,他还提出在未来银河系将和仙女座星形成一个新的星系。
戴维·阿吉拉尔介绍了他特别喜欢秋天夜空的个人原因,地球为什么会有四季,以及有关仙女座的故事和对天文学的影响,他还介绍了秋季夜空值得看的星座和星星。
这是杰弗里教授在哈佛关于天文学的演讲。他新出了一本书,书名为《Beyond UFOs》以这本书为基础,杰弗里教授讲述了千百年来人们对外星人和外太空的猜想。他从三个方面分析了外太空可能存在生物的原因。
此视频是加州大学伯克利分校博士丹尼尔·沃西默在哈佛大学做的演讲。演讲简要介绍了搜寻地外文明计划,目的是招募更多的志愿者加入此计划。
[第11课]宇宙绘图发展史
约翰·修兹劳教授讲述了宇宙绘图的发展史,并重点讲解了他所参与的2微米红移巡天项目的过程,所取得的成就和不足,他还对宇宙绘图的未来进行了展望。
本视频的内容为天体物理学家安德里拉杜普里教授关于开普勒计划的介绍。开普勒计划是美国科学家正在宇宙中寻找另一个适合人类居住的类地行星任务的重要部分。
本演讲主要介绍关于宇宙哲学等理论。由爱因斯坦关于宇宙哲学常量的阐述,以及对宇宙停滞的观点开始。关于宇宙黑暗能量和黑暗物质对宇宙运动的不同作用。
本讲座介绍了早期的天文学家们的成就:从哥白尼提出日心说模型,第谷对火星的观测,到开普勒发现木星卫星、再到伽利略制作天文望远镜、试图证明日心说的过程。早在15、16世纪,天文学家们通过实际观测,留下了宝贵的观测数据,开创了科学假设的传统,正是这些实践,开启了现代科学的大门。
在这次的讲座中,正在攻读天文学博士的艾米丽·莱韦斯克为我们讲述了发生在日的宇宙第二大爆炸。她通过生动的讲解和丰富的影像资料解释了这次爆炸的来由和天文学家们做出的反应。
本视频的主要内容为来自哈佛大学天体物理学中心的帕特里克的演讲。他结合披头士乐队的歌曲“因为”的歌词,深入浅出的讲解了地球为什么是圆的,风速是如何测量的和天空为什么是蓝色的这三个问题,它们分别对应了歌曲中的三段歌词。
本视频的主要内容为玛西亚·巴图斯亚克介绍了在自己的著作《我们发现宇宙的那一天》,为听众讲述了通过几代天文学家的努力,最终由埃德温·哈勃所证实银河系并不是宇宙的全部的科学研究过程。
在本视频中安德里拉·普勒斯特维奇介绍了美国的钱德拉X射线天文卫星。它的特点是兼具极高的空间分辨率和谱分辨率,在X射线天文学上具有里程碑意义的空间望远镜。
本视频的主要内容为史密森天体物理天文台的沃伦布朗博士关于黑洞以及超速恒星的演讲。主要介绍了黑洞的存在,以及布朗博士在超速恒星方面的研究贡献。
在本视频中,梅瑞迪斯休斯介绍了如果建造一个行星的话题。她介绍了太阳系的特点以及形成,太阳系中各大行星的联系与区别所在和其他恒星系统的对比,以及行星形成的三个主要步骤。
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学校:哈佛大学
讲师:多人
授课语言:英文
类型:地球科学 国际名校公开课
课程简介:坐落于剑桥市的哈佛-史密森天体物理中心为公众资助了一项免费项目,该项目在每月的第三个周四进行(六月、七月及十二月除外)。“天文台之夜”的两个特色组成部分为:非技术性讲座,及在天气允许时从天文台屋顶进行望远镜观测。
扫描左侧二维码下载客户端科学家用电脑模拟出宇宙演化最完整最清晰模型
  证券时报网()05月09日讯 5月9日,据中新网消息,据外媒报道,科学家制作迄今为止最为完整、清晰度最高的宇宙演化的电脑模型,模拟宇宙以暗物质为起点诞生并演化的过程。
  据悉,本次建立的电脑模型和真实的宇宙惊人得相似。在超级计算机和Arepo智能软件的帮助下,科学家们在3个月内完成了一部普通笔记本电脑200年才能完成的运算任务。这个电脑模型可用于测试有关宇宙构造和运转原理的理论。有关科研成果已经在《自然》上发表。
  宇宙研究翘楚、加州理工的理查德·埃利斯教授对新模型赞赏不已,认为它能够增进我们对星球、星系和暗物质的理解。
  电脑模型最初展示了虚空状态下分散在各处神秘的“暗物质”。几百万年过去了,暗物质集中起来,为早期星系的产生埋下种子。反暗物质随之出现,才有了将来的星球和生命。
  黑洞也在模型中占有一席之地。它们吸入并吐出物质,产生一系列爆炸,影响星球的形成。最后,电脑模型带给我们一个和真实宇宙相差无几的模拟版宇宙。
  研究人员、麻省理工学院的马克·福格尔斯贝格尔表示,模型印证了暗物质等诸多宇宙学理论。他说:“在模拟中,很多星系都和现实宇宙中的星系非常相似。这意味着我们对宇宙基本运转原理的认知是正确的、完整的。如果你不把暗物质算进去,它看着都不怎么像真正的宇宙。”
  (证券时报网快讯中心)
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科学家电脑模拟宇宙演化 系史上最完整最清晰模型
10:19:00 来源:中国日报网 
[提要]&&据外媒报道,科学家制作迄今为止最为完整、清晰度最高的宇宙演化的电脑模型,模拟宇宙以暗物质为起点诞生并演化的过程。宇宙研究翘楚、加州理工的理查德·埃利斯教授对新模型赞赏不已,认为它能够增进我们对星球、星系和暗物质的理解。
   据外媒报道,科学家制作迄今为止最为完整、清晰度最高的宇宙演化的电脑模型,模拟宇宙以暗物质为起点诞生并演化的过程。
  本次建立的电脑模型和真实的宇宙惊人得相似。在超级计算机和Arepo智能软件的帮助下,科学家们在3个月内完成了一部普通笔记本电脑200年才能完成的运算任务。这个电脑模型可用于测试有关宇宙构造和运转原理的理论。有关科研成果已经在《自然》上发表。
  20多年来,科学家们一直致力于制作宇宙演化的模型。为此,他们需要研究大爆炸发生不久之后宇宙的各个细节,在电脑模型中建立主要的宇宙学理论,才能让模型运转起来。不过,过去的宇宙电脑模型和现实一直存在一定差距。
  宇宙研究翘楚、加州理工的理查德·埃利斯教授对新模型赞赏不已,认为它能够增进我们对星球、星系和暗物质的理解。
  电脑模型最初展示了虚空状态下分散在各处神秘的“暗物质”。几百万年过去了,暗物质集中起来,为早期星系的产生埋下种子。反暗物质随之出现,才有了将来的星球和生命。
  黑洞也在模型中占有一席之地。它们吸入并吐出物质,产生一系列爆炸,影响星球的形成。最后,电脑模型带给我们一个和真实宇宙相差无几的模拟版宇宙。
  研究人员、学院的马克·福格尔斯贝格尔表示,模型印证了暗物质等诸多宇宙学理论。他说:“在模拟中,很多星系都和现实宇宙中的星系非常相似。这意味着我们对宇宙基本运转原理的认知是正确的、完整的。如果你不把暗物质算进去,它看着都不怎么像真正的宇宙。”(王琦琛)
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揭秘:超级计算机模拟宇宙演化过程(图)
科学家通过超级计算机模拟了迄今为止最准确和详细的宇宙演化过程,为天文学家以及宇宙物理学家提供了一种新工具,以了解星系的形成过程,暗物质和暗能量的作用方式。这个模拟过程主要是基于宇宙的大尺度结构,包括星系在合并和增长的进程中,周围暗物质环在其中扮演着何种作用,例如演化机制和散步规律等,初步的研究显示了与天文学家实际观测过程中的情况较为符合。
加州大学圣克鲁斯分校的物理学教授乔尔普里马克(Joel Primack)认为:从某种意义上说,你可能认为这些初步结果所反映出的过程有点儿过时,但这很清楚地表明,我们所认为的标准宇宙模型体现的就是这种机制。这项研究之所以让我们感到兴奋,是因为我们有了这种高度精确的模拟,可以反映出宇宙在一定尺度上的演化方向,其同时也将为我们在未来几个月甚至数年之内的研究提供基础性的作用。
物理教授普里马克(Primack)和新墨西哥州立大学的天文学教授阿纳托利克雷平(Anatoly Klypin)共同领导了这次宇宙演化大模拟实验。阿纳托利克雷平主要负责在超级计算机上录入模拟代码,这台计算机有着不同凡响的名声,它就是隶属于美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的&昂星团&超级计算机,该超级计算机主要帮助美国宇航局的科学家对各种航天任务以及宇宙探索进行模拟和仿真研究。对宇宙的演化过程模拟式非常必要的,我们现在拥有各种天文观测的数据,如何将这些数据进行整合以及发挥他们在预测上的优势,这是科学家要解决的问题,这同时也有助于我们确定宇宙中神秘的暗能量是何种性质。
根据目前领导着加州大学高性能天体计算机研究中心的物理学教授乔尔普里马克介绍:宇宙新&千年模拟&计划的初步数据版本在九月份上旬开始,现在我们以及发布了大量的数据,可以供其他研究机构的天体物理学家使用。到目前为止,这些数据还不到总量的百分之一,这是因为总的模拟基数非常地庞大,在将来还会有新的数据进行公布。
早在2005年之时,由马克斯普朗克研究所进行了一项被称为&千年模拟&的宇宙演化研究,同样是研究大尺度范围内的宇宙进程,包含了20亿光年距离上的宇宙信息,大概存在着数千万个星系的规模,由于其设定的粒子数创纪录地达到了百亿个数量级,因而其为当时的天体形成以及演化的研究提供了相当程度的数据,也发表了400余篇的学术论文。但是,现在天文学家认为,当时被当做基本参数的部分数据存在不准确性,所以该模拟的结果并不是准确的。这些数据来自美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)。
该各向异性探测器主要提供了自宇宙大爆炸之后残留下来的宇宙微波背景辐射在空间上各向异性的微小变化,并绘制了详细的分布概况图。最早的WMAP1版本的分布概况图以及被后续的版本最取代,而在2010年美国宇航局发布了WMAP7版本的分布概况图。而本次模拟使用的参数是基于2008年公布的WMAP5版本,这个版本的数据与最新的WMAP7是基本一致的,而最早的WMAP1版本被认为存在着一些错误,&千年模拟&所采用的数据恰恰就是WMAP1版本。此外,超级计算机技术的进步,使我们在整个过程中可以以较高的分辨率进行模拟。因而,物理学教授乔尔普里马克认为本次研究结果将会对现有的天文学研究产生较大的影响。
宇宙大爆炸之后,宇宙如何进行演化的标准解释是被称为Lambda冷暗物质模型的理论,Lambda是指代当前宇宙存在的加速膨胀机制中的暗能量(希腊字母,宇宙学常数),这个模型符合现阶段对宇宙大尺度结构的研究以及对宇宙微波背景辐射观测,是一个能自洽的简单假设的宇宙模型。这就是本次宇宙演化模拟的理论基础。根据这个模型,引力在大爆炸发生后不久,存在着轻微的密度扰动,并导致宇宙中第一个暗物质块的出现。
接着,这些暗物质块经过漫长的演化过程,并逐渐合并成更多的团块,就是我们现在宇宙中存在的暗物质。而暗物质的性质仍然是一个迷,其占据了宇宙中82%的物质。因此,对宇宙的研究不可避免地要涉及到暗物质,其产生的引力作用是推动宇宙演化的关键因素。普通物质在形成恒星以及行星之后,并进入有暗物质构成的团块之中,从而使得在星系周围存在着由大量暗物质构成的神秘暗物质环。超级计算机在一个主要目的就是模拟和计算暗物质环是如何进行演化的。这些研究结果已经发表在《天体物理学》期刊上,作者是新墨西哥州立大学的研究生塞巴斯蒂安特鲁希戈麦斯(Sebastian Trujillo-Gomez)和普里马克(Primack)。
另一篇基于该研究的论文同样也发表在《天体物理学》期刊上,提出了星系大量暗物质的模拟预测以及属性的问题。作者是克雷平(Klypin)、塞巴斯蒂安特鲁希戈麦斯(Sebastian Trujillo-Gomez)和普里马克(Primack),以及加州大学圣克鲁兹分校的博士后研究员亚伦罗曼诺夫斯基(Aaron Romanowsky)。普里马克认为:模拟预测的结果与目前进行的斯隆数字巡天计划的观测对比显示出非常好的融洽性。
超级计算机模拟的是具有代表性的宇宙区域,大约是位于10亿光年之内的宇宙空间,设定了86亿个暗物质粒子参与相互作用的演化,整个过程花了600万个CPU小时进行运算,而昴宿星团超级计算机被列为世界上第七快得超级计算机。可对宇宙中星系团以及其他大尺度结构进行预测,其中的重点在暗能量参与的进程,被称为重子振动光谱调查。
此外,科学家该模拟了较小尺度的宇宙演化,同样也是在昴星团超级计算机运行。其重要侧重于宇宙较小部分的模拟,并提供更高的分分辨率。所有的模拟结果都会公布在MultiDark数据库中,该数据库是由德国波茨坦天体物理研究所主管。以提交的分析结果显示了预测银河系中主要卫星星系的数量,这些卫星星系与大小麦哲伦星云亮度相当。
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天河二号完成模拟&揭示宇宙漫长演化进程
&&&&来源:&&&&
  本报北京5月13日电 (赵永新、王握文)记者今天从国家超算广州中心获悉:由北京师范大学天文系教授张同杰领衔的宇宙中微子数值模拟团队,日前在“天河二号”超级计算机系统上成功完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟,揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。
  有关专家指出,这一研究成果为通过天文观测手段研究宇宙中微子及其质量打开了一扇新的大门,有望大大缩短人类探索宇宙起源与演化奥秘的时间进程,对基础科学、宇宙环境、地球生态、矿藏勘探等领域的研究将起到积极推动作用。
  中微子是自然界中最基本的粒子种类之一,号称宇宙幽灵。它在宇宙诞生后约1秒钟就脱离其它等离子体物质的影响,形成看不见的宇宙背景。中微子在宇宙空间中穿梭往复,是宇宙演化进程和各种天文现象的参与者和见证者。由于中微子质量小(约为电子质量的千万分之一或更低)、不带电、运动速度快,目前的物理学实验和宇宙学观测都无法测定中微子的绝对质量。
  2013年底,国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机在国家超算广州中心投入运行。此后,由北京师范大学、国防科技大学、加拿大理论天体物理研究所、北京大学、中科院高能物理研究所联合组成的宇宙中微子数值模拟团队,经过一系列技术攻关,在“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学数值模拟。据中科院国家天文台宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家陈学雷研究员介绍,该项研究比美国阿贡国家实验室的Mira超级计算机去年进行的1.07万亿粒子数数值模拟超出两倍多,是目前国际宇宙学领域运行粒子数最多的N体数值模拟。
  张同杰教授说,进行多达3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学数值模拟,目前世界上只有“天河二号”能担此重任。它好比一架“像素”极高的“超高速摄像机”,通过上述模拟“还原”出宇宙清晰而漫长的演化“视频”,使宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化过程得以呈现,为通过天文观测手段测量中微子质量带来新的契机和希望。
  《 人民日报 》( 日 12 版)
(责编:曹昆、赵竹青)
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