Έχουμε δει το χρονομετρημένο βίντεο των δέντρων που αναπτύσσονται ή σχηματίζονται βουνά, ακόμη και από την επιφάνεια της Γης, που επιταχύνεται, για να δείξει πώς οι ηπείρους μετακινούνται στις σημερινές τους διαμορφώσεις και θα κινηθούν στο μέλλον.
σχετικό περιεχόμενο
- Ακούγοντας το Big Bang
- Μια γρήγορη περιήγηση μέσα από τη φύση του σύμπαντός μας
Τώρα, μπορούμε να δούμε τις εικόνες που χρονοτριβούν για την εξέλιξη του σύμπαντος - 13 δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής εξέλιξης, όλα μέσα σε έναν κύβο 350 εκατομμυρίων ετών φωτός σε μια πλευρά συρρικνωμένη στην οθόνη των υπολογιστών μας. Το βίντεο παραπάνω μας πλέκει μέσα από το χρόνο και το διάστημα καθώς θερμαίνεται το αέριο, τα αστέρια εκραγούν, σχηματίζονται γαλαξίες, οι μαύρες τρύπες καταβροχθίζονται και ο σύμπαν επεκτείνεται. Βλέπουμε τις τεράστιες εκτάσεις του χώρου που χαρτογραφούνται ως σκοτεινή ύλη, όπως η θερμοκρασία του αερίου, ως βαρέα μέταλλα, ως ορατά δεδομένα φωτός που επικαλύπτονται και επικαλύπτονται μέσω 12 δισεκατομμυρίων 3-D pixels.
"Μέχρι στιγμής, καμία προσομοίωση δεν μπόρεσε να αναπαράγει το σύμπαν τόσο σε μεγάλες όσο και σε μικρές κλίμακες ταυτόχρονα", λέει ο Mark Vogelsberger του Κέντρου Αστροφυσικής του MIT / Harvard-Smithsonian (CfA). Ο Vogelsberger, μαζί με ερευνητές της Γερμανίας, του Ηνωμένου Βασιλείου και άλλων θεσμικών οργάνων στις ΗΠΑ, παρουσίασαν χθες την προσομοίωση στη Φύση .
Αυτό το εικονικό αλλά ρεαλιστικό σύμπαν χτίστηκε με ένα πρόγραμμα υπολογιστή που ονομάζεται Illustris, το οποίο χρησιμοποίησε πολύπλοκο κώδικα για να οικοδομήσει το σύμπαν από την παιδική του ηλικία, περίπου 12 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
Η δημιουργία ενός προγράμματος που εκτείνεται σε δισεκατομμύρια χρόνια απαιτούσε μια μακροπρόθεσμη επένδυση στην ανθρώπινη κλίμακα - οι ερευνητές πέρασαν πέντε χρόνια στην ανάπτυξη του Illustris. Μέσα σε αυτό, οι πραγματικοί υπολογισμοί χρειάστηκαν τρεις μήνες "χρόνου εκτέλεσης" σε υπερυπολογιστές και περιλάμβαναν 8.000 κεντρικές μονάδες επεξεργασίας (CPUs, κάθε μία από τις οποίες ήταν "ο εγκέφαλος" ενός υπολογιστή) που λειτουργούσαν ταυτόχρονα. Για λόγους σύγκρισης, ο μέσος υπολογιστής γραφείου που θα δούλευε μόνος του θα είχε ολοκληρώσει αυτό το καθήκον σε 2.000 χρόνια.
Όταν ο υπολογισμός τελείωσε σήμερα, ο Illustris είχε χτίσει περισσότερους από 41.000 γαλαξίες, μαζί με συστάδες γαλαξιών και κενά, που οι ερευνητές λένε ότι καταγράφουν πολύ καλά την ουσία του πραγματικού σύμπαντος. Η μεγέθυνση αποκαλύπτει μια ανάλυση τόσο λεπτή που είναι ικανή να δείξει τις χημικές διεργασίες των αερίων που στροβιλίζονται σε μεμονωμένους γαλαξίες.
Ακριβώς πώς λειτουργεί η προσομοίωση; Μια μικροσκοπική πτυχή βασίζεται σε μια θεμελιώδη αρχή του φωτός, την ταχύτερη ουσία στο σύμπαν. Το φως ταξιδεύει σε μια γνωστή ταχύτητα-299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Έτσι, όταν χρησιμοποιούμε τηλεσκόπια για να κοιτάξουμε έναν γαλαξία ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά, βλέπουμε το παρελθόν φως που εκπέμπεται πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Έτσι οι μακρινότεροι αστρονόμοι βλέπουν, ο πατέρας πίσω στο χρόνο που μπορούν να δουν.
Αλλά οι παρατηρήσεις από τα τηλεσκόπια δημιουργούν μόνο διακριτά κομμάτια της εξέλιξης του σύμπαντος και δεν επιτρέπουν σε κανέναν να δει πώς, για παράδειγμα, ένας συγκεκριμένος γαλαξίας μεταμορφώνεται στο χρόνο. Έτσι οι ερευνητές που έχτισαν τον Illustris έπρεπε να γεμίσουν τεράστια κενά στο διάστημα και στο χρόνο, διερευνώντας τις βασικές αρχές του πώς η φυσιολογική ύλη, η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια - το κύριο "υλικό" του σύμπαντος - αλληλεπιδρούν στο διάστημα. Όπως θα περίμενε κανείς, πολύπλοκες φυσικές και χημικές διεργασίες επηρεάζουν το πώς σχηματίζονται οι κοσμικές δομές.
Η τρέχουσα σκέψη δείχνει ότι η εξέλιξη των χαρακτηριστικών στο διάστημα "είναι μια αυτορυθμιζόμενη διαδικασία, με την έννοια ότι οι δομές που σχηματίζονται, συγκεκριμένα τα αστέρια και οι μαύρες τρύπες, επηρεάζουν το περιβάλλον τους και την επακόλουθη εξέλιξη της επόμενης γενιάς δομών". οι συγγραφείς γράφουν στον ιστότοπο του Illustris. "Στο Illustris, ένα σύνολο φυσικών διεργασιών όπως οι γαλαξιακοί άνεμοι με τη μορφή σχηματισμού αστεριών και η έγχυση θερμικής ενέργειας μαύρης τρύπας διαμορφώνονται σε όλη την κοσμική ιστορία." Οι προσομοιώσεις αυτές είναι καθοριστικές για τη δημιουργία ενός ρεαλιστικού συνόλου μοντέλων γαλαξιών.
Άλλα βίντεο που παράγονται από τους συγγραφείς δείχνουν συγκεκριμένες φέτες της προσομοίωσης - 13 δισεκατομμύρια χρόνια θερμοκρασίας αερίων στο διάστημα, ή την πλήρη εξέλιξη ενός συγκεκριμένου γαλαξία. "Το Illustris είναι σαν ένα χρονικό μηχάνημα", λέει ο συν-συγγραφέας Shy Genel του CfA: "Μπορούμε να προχωρήσουμε προς τα εμπρός και προς τα πίσω με την πάροδο του χρόνου, μπορούμε να σταματήσουμε την προσομοίωση και το ζουμ σε ένα μοναδικό σύμπλεγμα γαλαξιών ή γαλαξιών για να δούμε τι συμβαίνει. "
Και μπορούμε επίσης να κοιτάξουμε με θαυμασμό, καθώς πετάμε μέσα από νήματα που θυμίζουν νευρικά δίκτυα, στο ύψος του χώρου και του χρόνου και στην δύναμη της ανθρωπότητας να την προσομοιώνει.
