第669章 超级计算机模拟宇宙时间倒流

为探寻宇宙的早期结构，科学家使用超级计算机进行模拟，创造了将宇宙结构演化时间反转、逐渐逼近宇宙极早期状态的新方法。

在此之前，验证描述宇宙早期状态的理论需要庞大的观测数据，而使用本次开发的新方法，所需观测时间预计可大幅缩短。

宇宙中星系的分布并不均匀，存在被称为“宇宙大尺度结构”的泡状构造。

暴胀理论认为，该结构是宇宙早期加速膨胀时微小的密度涨落在引力作用下演化的结果。

然而，暴胀理论的细节众说纷纭，还需要观测来验证。

科学家通过观测推导宇宙初期密度的涨落性质，以验证暴胀理论。

其中一种方法便是通过当前的宇宙大尺度结构中星系的分布来估测初期密度涨落，但由于大尺度结构在138亿年间经历了由引力造成的复杂演化，此前学界认为这一方法难以实现。

针对这一问题，日本国立天文台助理研究员白崎正人在统计数理研究所进行研究，他率领的研究团队使用“重构法”，将宇宙大尺度结构演化时间近似回溯，尝试由当前星系分布反向逼近宇宙早期的密度涨落状态。

首先，研究团队假定基于密度涨落的星系分布，将其作为初始状态进行引力多体运动模拟，得到了演化至现今宇宙的模拟星系分布数据。

然后在此数据基础上使用重构法，重新将时间近似回溯至宇宙初期得到新的星系分布。

研究团队通过对4000种不同的宇宙早期星系分布状态进行的模拟，精确验证了重构法得到的星系分布。这些模拟使用了日本国立天文台天文学专用的超级计算机“阿弖（dǐ）流为Ⅱ”。

宇宙大尺度结构与重构法图示。

重构法是指将宇宙大尺度结构演化时间反转，从图中右下向左上推移变化，从而逼近宇宙早期密度涨落分布的方法。

研究团队发现，重构法得到的星系分布与宇宙早期星系分布有着十分相似的统计学性质，可以认为重构法充分消除了引力对演化产生的影响。

换句话说，如果将重构法应用于实际观测数据，可以去除引力对演化的影响，反推出宇宙早期的密度涨落信息。

而且，使用重构法的话，仅需此前十分之一的观测数据量，就能够得到与直接分析同等水平的精度。

本研究成果不仅适用于现存的星系大数据，也能够用于昴星团望远镜计划搭载的“主焦摄谱仪（PFS）”的巡天数据等，有望大幅缩短观测时间。

这意味着我们找到了科学验证宇宙初期情况的捷径。

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