“天河二号”模拟出宇宙暗物质和中微子演化进程
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　　科技日报讯 （记者徐玢）由北京大学科维理天文与天体物理研究所博士后于浩然与北京师范大学天文系教授张同杰等组成的科研团队，利用我国“天河二号”超级计算机完成了3万亿粒子数的N体数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的暗物质和中微子的演化进程。该模拟首次发现了中微子在宇宙结构中的凝聚效应，开辟了一条独立测量中微子质量的道路。该研究发表在6月5日出版的《自然·天文学》上。
　　中微子是自然界中的基本粒子之一。它在宇宙大爆炸约1秒钟后与其他等离子体物质退耦，形成看不见的宇宙背景。目前的物理实验和天文观测都无法精确测量中微子的质量。
　　暗物质是宇宙的主要物质构成。该研究团队用3万亿粒子模拟宇宙中的中微子、暗物质的分布和演化，并发现中微子质量可以通过宇宙中含有不同中微子丰度的区域中星系的特性来测量。相对于“贫”中微子区域，在“富”中微子区域，更多的中微子被大质量暗物质结构俘获。这种凝聚效应导致暗物质结构的质量函数的改变，最终导致星系的特性发生变化，为宇宙学观测开辟了一条独立测量中微子质量的道路。
　　大规模宇宙学数值模拟依赖具有强大计算和存储能力的超级计算机。该N体数值模拟于2015年初在“天河二号”上完成。其模拟粒子数超过美国Mira超级计算机进行的模拟，创造了新的世界纪录。该研究成果的第一作者于浩然博士介绍说，N体数值模拟中的粒子数犹如摄像机的像素。“粒子数越多，就好比摄像机的分辨率越高，越能清晰地‘还原’宇宙演化历史，降低中微子‘泊松噪声’的影响。”
责任编辑：宇宙大爆炸，炸的四分五裂，到处都是，为什么这么嚣张宇宙大爆炸，炸的四分五裂，到处都是，为什么这么嚣张雷布斯说互联网百家号宇宙大爆炸，英文Big Bang，在某些地方被称为“宇宙大霹雳”，其实怎么译都对，因为英文原意就是“砰！”。这个名字是英国天文学家弗雷德·霍伊尔给起的，有意思的是，他不相信宇宙大爆炸，他起这个名字本意是挖苦。1949年3月，在BBC的一次广播节目中，他把这个理论戏称为Big Bang理论，特别形象，大家都乐了，连他的对手也喜欢这个说法，从此延用。那么时空到底是怎么来的？人类有了思考能力之后，就开始开脑洞。中国人说，“天地混沌如鸡子，盘古生其中，万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地”。《旧约：创世纪》里的记载是，“起初神创造天地，地是空虚混沌，渊面黑暗，神的灵运行在水面上。”公元前1200年印度的《梨俱吠陀》说，“那时，既没有‘无’，也没有‘有’，既没有空界，也没有空之外的天界。”各种文明都认为在万物之初，是一片虚无，什么都没有。这就留下一个的问题，从虚无到万物，是怎么发生的呢？不妨先来看看宇宙是怎么回事。古希腊哲学家解释说宇宙是一个天球，以地球为中心排列，这就是托勒密地心体系，虽然在今天的知识体系下，这个解释充满原始性，但是里面的科学精神却让人肃然起敬。托勒密地心体系托勒密是公元100年代的希腊天文学家，他写了一本《天文学大成》，一共十三卷，包罗万象：确定一年的持续时间、给出日月蚀的计算方法、甚至还涉及到了光的折射定律，其中孤立性地描述了以地球为中心的宇宙的样子。自然科学在西方文明中开枝散叶，并非一夕之功，科学、尤其是科学精神的传承其来有自。这本书从诞生起就是天文学的标准教材，一直持续了1500多年，16世纪的时候，哥白尼表示了不同意见，他认为地球在宇宙之中没有特殊地位，但是宇宙得有个中心啊，出于时代局限性，他把宇宙的中心归于太阳。哥白尼是个七巧玲珑之人，他一生风风光光，在各个领域都吃得开，虽然他质疑“地心说”，但是教宗和主教们都是他的粉丝，有人劝他把自己的学说公布于众，他担心动摇了宗教神学的理论基础，而迟迟不肯动笔。终于在晚年，写就了《天体运行论》一书，据说哥白尼临死的时候不肯闭眼，家人把书拿到床边，他手按封面安然离世。哥白尼日心体系临近17世纪末期的时候，一枚苹果掉了下来，英国物理学家艾萨克·牛顿发现了引力，进一步阐明宇宙之间的普遍性，不管是苹果落地，还是行星之间的运动，都是引力作用的结果。虽然晚年的时候，牛顿放在上帝那里的时间，远比放在数学和物理上多，但是他依然被认为是人类最伟大的科学家，他的万有引力和三大运动定律，奠定了之后力学和天文学的基础。2005年的时候英国皇家学会搞了一次“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，科学家和网民们积极投票，最后牛顿力压爱因斯坦夺冠，因为爱因斯坦的晚年主要用来扯科学的后腿，比牛顿也好不到哪里去。现在我们知道，引力是宇宙大爆炸产生的四个基本力之一，但是退到17世纪，当有人问引力是怎么出现的时候，牛顿也只能耸一耸肩：可能是上帝他老人家创造的吧。在牛顿的时代，大家依然认为宇宙是稳定的，是有限的。真的是这样吗？转眼到了20世纪20年代，美国的天文学家埃德温·哈勃（）在参加完一战之后，决心投身于自己最爱的天文专业。他接受了加州威尔逊山天文台的聘用，在那里操作一台巨型望远镜，他的企图心很浪漫，他要绘制宇宙全景。埃德温哈勃和发现宇宙膨胀所用的100英寸望远镜，1924年在他的观察过程中，哈勃发现了一个非常奇特的现象：宇宙是不稳定的，宇宙中大多数遥远的天体似乎正在发生红移（red-shifed），也就是说，它们正在离地球远去。哈勃把对这些天体的运动评估和它们的距离估算结合在一起，发现了一个规律，那就是天体离得越远，红移就越大，换言之，天体似乎在以更快的速度远离我们。这意味着什么呢？这意味着，宇宙正在扩张，就好像手榴弹爆炸产生的碎片一样。如果哈勃的观察是正确的，那么宇宙就是有历史的，它有过去，有未来，也就会有消亡的那个时刻，宇宙学也会因此变成一门历史性学科。哈勃的观察结果第一个震惊到的人是爱因斯坦，因为他刚刚发表了广义相对论没几年。他为了回避不稳定宇宙的可能性，甚至修改了自己的理论，宣称存在一种平衡引力的新类型的力（这种力歪打正着地引向了我们现在说的暗物质）。牛顿的宇宙是庞大而稳定的，哈勃的宇宙最初很小，之后不断膨胀，直到变得异常巨大。这就让我们的大脑非常辛苦，因为按照哈勃的观察结果，我们无法想象宇宙的形态，千万不要以为宇宙存在一个核心，或者边缘，它根本没有。哈勃极深场，已知的最深远的宇宙图像，揭示了最遥远最黯淡的星系对哈勃红移现象的解释，一时之间出现很多理论，宇宙大爆炸只是其中的一个。1927年的时候，比利时人乔治·勒梅特，在第一次世界大战之后，卸甲归田，成为了一名神父，之后他回到鲁汶大学教授天体物理学，闲着没事的时候，他研究爱因斯坦的广义相对论，发表了场方程的一个重要解，由此指出宇宙是膨胀的，是在距今大约137亿年前，起源于一个密度极大、温度极高的“原始原子”的爆炸。在差不多的时候，俄国数学家弗里德曼也发表了同样的结果，但是他们彼此之间并不知道对方的工作，可以说不约而同，他们提出了“宇宙大爆炸”理论。1931年，英国天文学家将勒梅特的论文译成英文发表，很快引起了轰动。在天文学家看来，这绝对是一个令人震惊的结论，勒梅特和弗里德曼描述的宇宙发端于无法想象的一小束能量。这个结果太疯狂了，好几十年大家都无法接受，难道上帝没事在放炮仗吗？到了1949年的时候，我们开头提到的霍伊尔先生开玩笑地把勒梅特理论称为“砰理论”，于是我们就有了“宇宙大爆炸”这个术语。弗雷德·霍伊尔之所以要开这个玩笑，是因为他自己坚持“宇宙稳态”理论，也是当时“宇宙大爆炸”理论的主要对手。稳态理论宣称，尽管宇宙一直在扩张，不过新物质和新能量不断产生的速度抵消了扩展的速度，最终的结果就是，从宏观来看，现在的宇宙跟过去没什么差别。两种理论都对哈勃发现的红移现象做出了解释，但是“稳态”理论明显更符合人们对宇宙一贯的认知，于是，一直到20世纪60年代，宇宙起源于一次大爆炸的观念依旧不过是一种假说罢了。那么，之后发生了什么，让宇宙大爆炸理论成为现在被普遍接受的理论呢？1964年的时候，答案出现了。天文学家阿尔诺·彭齐亚斯，和罗伯特·威尔逊，他们在新泽西的贝尔电话实验室工作，两个人的主要工作是为卫星传输建造一种超敏感的接收器。为了改善设计的号角式天线，他们试图消除所有的背景信号。结果他们发现背景里总是有一个非常奇怪的噪音，很微小，但是持续存在，异常均匀，最恐怖的是，根本无法清除它。彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景的天线一开始两个人觉得可能自己的设备出现了问题，就爬到天线上去清理鸟粪，但是就算把天线擦得锃亮，神秘的噪音依然存在。好在不远处就是普林斯顿，爱因斯坦不在了可以找别人，物理学教授罗伯特·迪克（）接待了他们，在分析完两位天文学家的观测之后，迪克教授难掩兴奋之情，因为他一直在研究“宇宙大爆炸”理论，根据他的预测，大爆炸产生的时候遗留下来一种能量辐射，可以确定，这个噪音就是宇宙大爆炸产生的古老能量的吉光片羽。彭齐亚斯和威尔逊发现的这个噪音，极度微弱，它的能量相当于零下270摄氏度，这非常接近迪克教授预测到的能级。更让人激动得是，它呈现背景辐射性，也就是说它来自宇宙四面八方，虽然很微弱，但是它在每一个角落都具有几乎相同的密度，可见它的能量其实是非常庞大的。根据WMAP对宇宙微波背景辐射的观测所绘制的图像宇宙背景辐射一经被发现，“宇宙稳态”理论就败下阵来，因为它无法解释这种能量的来源，而“宇宙大爆炸”理论不仅完美地解释了它的来龙去脉，还在其未被发现时，就已经预测到了它的存在。至此“宇宙大爆炸”被大多数天文学家所接受，它不再是一种假说，而几乎可以被认定为一种确定的理论。Big Bang 这个名词之父弗雷德·霍伊尔，虽然被打脸，但是在对真理的探索过程中，任何一点点进步都是各种科学理论与科学家绞力而成，其中的质疑、叩问与鞭策都是一种成全。宇宙起源于一次大爆炸，之后才有了星云、恒星、元素和生命，有过了好久，才有了我们人类。所有这一切复杂的开始却是无比简单清晰，只听“砰”的一声，一切都不同了。本文仅代表作者观点，不代表百度立场。系作者授权百家号发表，未经许可不得转载。雷布斯说互联网百家号最近更新：简介:分享最新的数字信息作者最新文章相关文章图集｜宇宙大爆炸原来是这样子，太美了！图集｜宇宙大爆炸原来是这样子，太美了！阿东观世界百家号在深邃的宇宙中看我们的家园——地球！璀璨夺目，太美了可是有一天，外星球开始膨胀，最终发生了大爆笑，陨石高速飞向地球！在这过程中，其他星球也遭到了毁灭这些黑陨石正向地球袭来你看，已经落去地球的大气层了马上就要撞击地球了，要是今天是世界末日，你最怎么做？这就是大爆炸导致地球，火烧喷发后的的结果，一片荒芜～真爱环境，就是珍爱我们的家园本文仅代表作者观点，不代表百度立场。系作者授权百家号发表，未经许可不得转载。阿东观世界百家号最近更新：简介:关注国际风云，解析社会热点！作者最新文章相关文章天上的星星不说话 但它的守护一直与我们同在|星星|中科院|卫星_新浪网
天上的星星不说话 但它的守护一直与我们同在
天上的星星不说话 但它的守护一直与我们同在
北京时间11月30日凌晨，我国连夜发布重磅新闻——中国人第一次用自己的卫星，获得了目前世界上最精确的高能电子宇宙线能谱，这很可能是全世界首次为暗物质的存在提供了佐证。
(我国第一颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号遨游太空 中科院供图)阔别近两年后，我国第一颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号，终于取回了“真经”！就在消息公布的前一天，中科院微小卫星创新研究院于英杰院长在接受记者采访时说：“给世界首颗暗物质粒子探测卫星起名叫“悟空”号，就是希望借助他的火眼金睛，帮我们看到肉眼看不到的东西。”这种肉眼看不到的东西，就是所谓的暗物质和暗能量，占宇宙物质比例高达95.1%。它们就像宇宙中无处不在的幽灵一样弥漫在我们每个人周围，它可以轻易穿过每个人的身体而又不被人察觉。而这一次，中国自己的这只“猴子”——“悟空”号或许正在改写全世界的物理课本。它告诉我们：当你仰望浩瀚星空时，除了太阳、月亮、星星外，感觉宇宙空荡荡的，原来这只是一种错觉。(中科院微小卫星创新研究院 王竹摄)近几年，在通往宇宙的“取经”路上，“悟空”并不孤单。中科院微小卫星创新研究院共发射25颗卫星，包括新一代北斗导航卫星、暗物质粒子探测卫星(“悟空”号)、量子科学实验卫星(“墨子”)、天宫二号伴星和全球二氧化碳卫星等。(中科院微小卫星创新研究院发射25颗卫星时间轴 王竹摄)其中，暗物质粒子探测卫星——“悟空”号是世界首颗暗物质粒子探测卫星，也是我国第一颗空间天文卫星。“悟空”号采用了以载荷为中心的先进设计理念，于英杰院长将载荷技术形象地比喻为“小马拉大车”：“原来只能是大马拉小车，现在相当于我450公斤的车就可以把1.4吨的货送上天，大大节省了卫星研制和发射成本。”而量子科学实验卫星——“墨子”号则是世界首颗量子科学试验卫星，其重要使命是进行天地激光通信，也就是要在地球自转和卫星运动的情况下，实现天地两束光的握手，其精度及难度，就像有人拿手枪在几百公里外打一颗子弹，最终要穿过一个铜钱！日发布的美国《科学》杂志封面上，中国科学院联合研究团队宣布成果：他们将量子纠缠分发的世界纪录从百公里级提高到千公里级，并以每秒1对的速度在两个地面站间建立量子纠缠。(中科院微小卫星创新研究院研发团队 中科院供图)那么，问题来了，这些“不明觉厉”的小马拉大车和子弹打铜钱技术和我们的生活到底有啥关系嘞?北斗导航卫星系统副总设计师沈学民在接受记者采访时说：2015年我国发射了新一代北斗导航卫星首发星，标志着我国北斗卫星导航系统从区域走向了全球。2020年前后，很可能你可以不用美国的GPS定位及导航了，可以完全用我国自己的北斗导航替代，而且北斗还有GPS不具备的电子通信功能。(新一代北斗导航卫星 中科院供图)那么，问题又来了，反正用GPS导航又不花钱，为啥不用嘞?那你知道2008年汶川地震，震区通讯及GPS信号一度中断，正是借助于北斗的通讯及定位功能，震区才与外界取得了联系吗?天上的星星不说话，但它的守护一直与我们同在……(国际台记者王竹在中科院微小卫星创新研究院采访北斗导航卫星系统副总设计师沈学民)科技发展到今天，我们看到的世界，仅仅是整个世界的5%。这和1000年前人类不知道有空气，不知道有电场、磁场，不认识元素，以为天圆地方相比，我们的未知世界还要多得多……宇宙那么大，更多的中国科学卫星想去看看。(中科院微小卫星创新研究院座右铭 王竹摄)(记者：王竹、郑治)
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科学家模拟宇宙大爆炸 发现暗物质波动状态/图
　　【科技讯】11月29日消息，据英国《新科学家》杂志网站报道，近日，科学家借助超级计算机模拟出大爆炸后不久的宇宙图景。通过这张图，可以看到稠密的暗物质或普通物质处于波动状态之中。
　　这张宇宙模拟图显示的是诞生不久的宇宙早期图景，可谓正处于婴儿期。模拟图是由位于美国伊利诺伊州的阿贡国家实验室研发的宇宙模拟器绘制的。美国阿贡国家实验室是美国政府最老和最大的科学与工程研究实验室之一，在高性能计算方面的实验和理论工作上有很强的实力。
　　宇宙模拟器是在阿贡国家实验室一台名为“尤里卡”(Eureka)的超级制图计算机上实现的。加州圣迭戈超级计算机中心也参与了这一项目。
　　据了解，这张婴儿期宇宙模拟图相当于为半径约10亿光年的宇宙空间构建了一个模型。完成这一模拟图共耗费了400万CPU小时。“CPU小时”指的是一种网格计算公共服务，且服务是“随用随买”的。分布式网格计算仅在数天之内就能完成通常花费数月时间的一份工作 。
　　宇宙大爆炸是是根据天文观测研究后得到的一种设想。按照大爆炸理论，宇宙是137亿年前从一个极小的点诞生的，从那里诞生了时间和空间、质量和能量，从而由物质小微粒聚集成大团的物质，最终形成星系、恒星和行星等。
责任编辑：吴章勇
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