История времени: суперкомпьютер вычислил начало Вселенной

Компьютерные симуляции, проведенные в Суперкомпьютерном центре Сан-Диего, Калифорния, а также в других научных центрах, позволили восстановить историю раннего этапа нашей Вселенной

Профессор Майкл Норман из лаборатории вычислительной астрофизики Университета Калифорнии в Сан-Диего опубликовал обзор компьютерных симуляций эволюции ранней Вселенной, выполненной в суперкомпьютерном центре Сан Диего за последние годы. Эта работа позволяет восстановить один из самых загадочных этапов мироздания — время, когда из облака горячего газа наша Вселенная превратилась в то, что мы видим сейчас.

О том, как начиналась Вселенная, многие знают из замечательной книги Стивена Хокинга «Краткая история времени». После Большого взрыва мир представлял собой плотное и горячее месиво из всевозможных элементарных частиц. Через 380 000 лет эта материя остыла настолько, что электроны соединились с протонами, образовав атомы водорода. Это событие называется «рекомбинацией». Мир, в котором до этого любое электромагнитное излучение тотчас же поглощалось, внезапно стал прозрачным для света. Однако ничего особенно интересного в нем рассмотреть было нельзя — за исключением отсветов того самого горячего газа, испущенных за мгновения до рекомбинации. Астрономы и сейчас могут регистрировать эти отсветы, и они образуют так называемое «реликтовое излучение», несущее информацию о раннем детстве Вселенной.

Однако после рекомбинации мироздание продолжало развиваться. Газ начал собираться в сгустки под действием гравитации, пока наконец из него не сформировались первые звезды — огромные и очень яркие. Стали образовываться первые галактики. Их свет — в основном ультрафиолетовое излучение — вновь начал отрывать электроны от протонов. Этот процесс называется «реионизацией».

Период развития Вселенной от образования самых первых звезд до «реионизации» получил в космологии поэтичное название «космический рассвет» — Cosmic Dawn. К концу этого миллиарда лет звездное небо уже выглядело в целом очень похоже на то, что мы видим сейчас у себя над головами.

К сожалению, наблюдать этот этап развития космоса астрономам пока не под силу. Они могут регистрировать и изучать реликтовое излучение, несущее информацию о Вселенной моложе 380 000 лет, а также излучение самых дальних галактик — космический телескоп Hubble видит их в тот момент времени, когда Вселенная была чуть старше миллиарда лет, то есть в самом конце эры «космического рассвета. Однако о том, что происходило в этом самом интересном промежутке — когда небо впервые озарилось светом звезд — астрономические наблюдения пока ничего сообщить не могут, и космологи полагаются только на космические симуляции.

Взрослеть вместе с компьютерами

Чтобы воссоздать ранние этапы истории Вселенной, в конце 1990-х годов была разработана компьютерная программа Enzo — открытый код, в дальнейшем усовершенствованный тысячами исследователей и любителей-энтузиастов.

Делает она приблизительно вот что: берет кубический объем пространства, заполненный газом, и решает уравнения, определяющие, как этот газ себя поведет. Тогда, в 1990-х годах, быстродействие компьютеров позволяло решить подобные задачи лишь весьма приблизительно. Однако с конца 1990-х годов действовал «Закон Мура для суперкомпьютеров»: быстродействие вычислительных машин удваивалось каждые 18 месяцев. Расчет показывает, что за 18 лет с момента публикации первых программ Enzo расчеты должны были ускориться в 4000 раз. На деле, по оценкам профессора Нормана, развитие шло чуть быстрее, чем предполагает закон Мура, и ускорение составило около 10 000 раз. Тем временем развивалось и само программное обеспечение Enzo. В результате к настоящему моменту удалось рассчитать все события, приведшие к образованию нашей Вселенной, с беспрецедентной точностью.

Профессор Норман демонстрирует возможности метода, предлагая сравнить реальное изображение удаленной галактики, полученное с помощью телескопа Hubble, с компьютерным предсказанием, как должна была бы выглядеть эта галактика — вернее, соответствующий объем газа, на протяжении миллиарда лет эволюционировавший по законам физики. Картинки практически идентичны с единственным исключением: компьютерная симуляция богаче деталями, а полученное с телескопа изображение более размыто (все же речь идет об объекте, имеющим показатель красного смещения z=15, то есть свет его был испущен в тот момент, когда Вселенная была в 15 раз меньше, чем сейчас).

Карликовые галактики и черные дыры

Компьютерная симуляция помогла восстановить многие интересные черты эволюции Вселенной. Первоначально облака водорода сгустились и дали начало одиночным, очень массивным (в сотни раз тяжелее Солнца) и ярким, звездам. Внутри таких звезд сформировались первые тяжелые элементы, литий и бериллий. Однако звезды-гиганты жили недолго, и в момент их смерти родились — и распространились по космосу — все химические элементы вплоть до железа. Эти элементы участвовали в образовании нового поколения звезд.

Профессор Норман поясняет, что сверхмассивные звезды первого поколения могут образовываться до сих пор в небольших галактиках, где есть достаточно темной материи, чтобы охладить облака гелия и водорода. Однако в условиях, когда газы ионизируются светом уже существующих звезд, результатом эволюции такого облака будет не рождение звезд, а гравитационный коллапс в сверхмассивную черную дыру.

Существование металлических примесей позволяет сформировать звезды, которые будут гораздо мельче, но многочисленней, чем звезды первого поколения. На этом этапе возникают объекты, которые уже можно назвать галактиками — сгустки темной материи, звезд и обогащенного металлами газа. Эти галактики меньше тех, что мы наблюдаем сейчас: интенсивное излучение молодых звезд рассеивает газ из районов активного звездообразования. Именно излучение таких галактик и доводит до конца процесс «реионизации» — на этом эру «космического рассвета» можно считать завершенной. О том, что случилось дальше, мы уже можем узнать, просто наблюдая в телескопы далекие окраины Вселенной.

Каков практический смысл подобных исследований? По словам профессора Нормана, главная их цель — утоление научного любопытства. Другая цель — проверка и уточнение законов физики: сравнение результатов компьютерной симуляции и наблюдаемых объектов во Вселенной позволяет делать заключения о том, насколько точны предпосылки, лежащие в основании моделей. Симуляции также позволят объяснить и интерпретировать будущие наблюдения астрономов.

Наконец, есть и третий аргумент: подобные исследования подталкивают как развитие компьютерной техники, так и разработку нового ПО. Вспомним, что развитие интернета началось с создания сети ARPANET, предназначенной исключительно для нужд научного исследования. К каким будущим технологическим прорывам приведут усилия людей, занимающимися компьютерной симуляцией ранней Вселенной, пока предсказать невозможно. Очевидно лишь, что любопытство ученых лежит в основе всего развития технологий, и такая ситуация сохранится в будущем.

Источник: forbes.ru

59 Comments on “История времени: суперкомпьютер вычислил начало Вселенной”

  1. Youre so cool! I dont suppose Ive read anything like this before. So good to seek out any individual with some authentic ideas on this subject. realy thank you for starting this up. this web site is one thing that’s wanted on the web, somebody with a little originality. helpful job for bringing something new to the web!

  2. This is the suitable blog for anybody who wants to search out out about this topic. You realize so much its virtually hard to argue with you (not that I truly would need…HaHa). You undoubtedly put a brand new spin on a subject thats been written about for years. Nice stuff, simply great!

  3. There are some attention-grabbing cut-off dates in this article however I don’t know if I see all of them heart to heart. There may be some validity however I will take maintain opinion until I look into it further. Good article , thanks and we would like extra! Added to FeedBurner as well

  4. There are some attention-grabbing cut-off dates in this article however I don’t know if I see all of them heart to heart. There may be some validity however I will take maintain opinion until I look into it further. Good article , thanks and we would like extra! Added to FeedBurner as well

  5. Can I just say what a reduction to find someone who actually knows what theyre speaking about on the internet. You positively know learn how to carry a difficulty to light and make it important. Extra people must learn this and perceive this side of the story. I cant imagine youre not more common since you undoubtedly have the gift.

  6. I simply want to tell you that I am newbie to weblog and seriously loved you’re web blog. Almost certainly I’m likely to bookmark your blog . You really come with perfect writings. With thanks for revealing your web-site.

  7. My partner and I are developing a Joomla website for a certain project. We are using separate computer and separate hosts (localhosts). My partner has made changes to the graphical design and database structure so I have copied the directories (folders) to my computer. In doing such, I have encountered this error message «Database Error: Unable to connect to the database:Could not connect to MySQL». Please help. Thanks :)).

  8. What are the core or basic lessons taught Writing classes? One of the first things I learned about was Freytags Pyramid. I was told that isn’t an across the board learning device. So what is? I’m really curious. In poetry I was taught, ‘if it means too many things to too many people it misses it’s mark’. I have since learned that good writing tends to bring out different reactions in different people and different interpretations. How can learning about creative writing (creativity is so individualized) be standardized?.

  9. I would like to thank you for the efforts you’ve put in writing this web site. I am hoping the same high-grade site post from you in the upcoming also. Actually your creative writing skills has inspired me to get my own blog now. Actually the blogging is spreading its wings quickly. Your write up is a great example of it.

  10. I need a computer program that will automatically start another program and not let that program close for a work computer. So basically, when the computer starts up, this program I am looking for will start a work-related program and force it to stay open, so that the only use of that computer would be to use the work program. Thank you!.

  11. Excellent read, I just passed this onto a friend who was doing some research on that. And he actually bought me lunch as I found it for him smile Therefore let me rephrase that: Thank you for lunch!

  12. I am not sure where you are getting your information, but good topic. I needs to spend some time learning much more or understanding more. Thanks for wonderful information I was looking for this information for my mission.

  13. I think this is one of the most important info for me. And i’m glad reading your article. But want to remark on some general things, The website style is wonderful, the articles is really great : D. Good job, cheers

  14. I will right away snatch your rss feed as I can’t find your e-mail subscription link or e-newsletter service. Do you’ve any? Kindly allow me realize so that I may subscribe. Thanks.

  15. I’ve been browsing online more than three hours these days, yet I by no means found any fascinating article like yours. It’s pretty value sufficient for me. Personally, if all webmasters and bloggers made excellent content as you did, the internet can be much more helpful than ever before. «Nothing will come of nothing.» by William Shakespeare.

  16. Someone essentially lend a hand to make severely articles I’d state. That is the very first time I frequented your website page and up to now? I surprised with the research you made to make this particular put up amazing. Excellent job!

  17. certainly like your website but you have to check the spelling on several of your posts. Many of them are rife with spelling problems and I in finding it very bothersome to tell the truth then again I will definitely come back again.

  18. You could definitely see your skills within the paintings you write. The arena hopes for more passionate writers like you who are not afraid to say how they believe. At all times go after your heart. «We may pass violets looking for roses. We may pass contentment looking for victory.» by Bern Williams.

  19. I loved as much as you’ll receive carried out right here. The sketch is attractive, your authored material stylish. nonetheless, you command get bought an nervousness over that you wish be delivering the following. unwell unquestionably come further formerly again as exactly the same nearly very often inside case you shield this increase.

  20. hello there and thank you for your info – I have certainly picked up something new from right here. I did however expertise several technical points using this website, since I experienced to reload the site a lot of times previous to I could get it to load correctly. I had been wondering if your web host is OK? Not that I’m complaining, but sluggish loading instances times will sometimes affect your placement in google and can damage your quality score if ads and marketing with Adwords. Anyway I am adding this RSS to my e-mail and can look out for a lot more of your respective fascinating content. Ensure that you update this again soon..

  21. Its like you read my mind! You seem to know so much about this, like you wrote the book in it or something. I think that you can do with a few pics to drive the message home a bit, but other than that, this is fantastic blog. A great read. I’ll certainly be back.

  22. hello there and thank you for your info – I’ve certainly picked up something new from right here. I did however expertise a few technical issues using this website, since I experienced to reload the website a lot of times previous to I could get it to load properly. I had been wondering if your web host is OK? Not that I’m complaining, but sluggish loading instances times will often affect your placement in google and could damage your high-quality score if advertising and marketing with Adwords. Well I am adding this RSS to my e-mail and can look out for a lot more of your respective exciting content. Make sure you update this again very soon..

  23. Terrific work! This is the kind of info that are supposed to be shared around the net. Disgrace on the search engines for no longer positioning this put up upper! Come on over and talk over with my website . Thank you =)

  24. Good site! I truly love how it is simple on my eyes and the data are well written. I’m wondering how I might be notified when a new post has been made. I’ve subscribed to your feed which must do the trick! Have a great day!

  25. Attractive section of content. I just stumbled upon your site and in accession capital to assert that I acquire actually enjoyed account your blog posts. Any way I’ll be subscribing to your augment and even I achievement you access consistently quickly.

  26. Its like you read my mind! You appear to know a lot about this, like you wrote the book in it or something. I think that you could do with a few pics to drive the message home a little bit, but instead of that, this is wonderful blog. A great read. I’ll certainly be back.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *