偷偷撸改 超等计较机正在模拟六合以揭开其昏黑到看不见的玄机

天放学家正在使用顶端的计较用具来揭开暗物资和暗能量的玄机偷偷撸改，它们共同组成了六合的 95%。通过暗夜采矿花式和强劲的 Aurora 超等计较机，科学家以前所未有的速率模拟六合场景，测试表面并完善模子。暗物资天然看不见，但不错通过引力效应显裸露来，而暗能量则加速了六合的扩张。

此可视化初度展示了在 Aurora 上进行的科学演示运行的数据。它夸耀了重子近似在 HACC 模拟的里面能量上（与气体温度成正比）。该模拟使用 CRK-HACC 框架在 (1512 Mpc/h)³ 体积中演化出 2000 亿个暗物资和重子示踪粒子。图片泉源：Silvio Rizzi 和 HACC 团队/阿贡国度实验室

通落后骗东说念主工智能和机器学习，掂量东说念主员不错有用地将模拟与不雅察效果进行比拟，从而有可能改写基础物理学。

天放学家和天体物理学家的责任是揭开六合中最难以捉摸的组成部分。他们的指标是识别和掂量影响六合演化的荫藏力量。淌若这些发现得以揭晓，它们将解答遥远存在的科知识题，致使挑战几个世纪以来不断完善的物理学基本定律。

在好意思国能源部（DOE）阿贡国度实验室，掂量东说念主员正在征战类似于高技术采矿缔造的先进计较用具，以掂量暗物资和暗能量的高深性质，这是当代物理学中最大的两个未解之谜。

阿贡物理学家兼天放学家萨尔曼·哈比卜（Salman Habib）浮现：“暗物资和暗能量的实践尚不解确。咱们知说念这两种物资存在，但咱们不了解它们是什么，也不了解独揽它们存在的基容许趣。”

期骗超等计较机兑现六合打破

为了匡助扩展现存表面，阿贡的科学家们正在勤勉绘图详备的星空图，将实践的六合不雅测效果与计较机要集型六合模拟衔接结。该花式名为“暗夜星空挖掘”，是极光早期科学筹划的一部分，该筹划由阿贡素养计较法子 (ALCF) 提供救援，该法子是好意思国能源部科学办公室用户法子。

通过该筹划，ALCF 与来自寰宇各地的多个掂量团队协作，为阿贡新百亿亿亿次超等计较机Aurora 的规模和架构准备了一套万般化的代码和软件。

Aurora 每秒可推广跨越一千万亿次（即十亿亿次）计较，这对于快速模拟和篡改多半物理强度高的六合场景至关迫切。该团队但愿将这种智商与先进的东说念主工智能( AI ) 和统计方法衔接结，提供对暗物资和暗能量的功能和动态的更可靠形容，以及它们何如与六合中星系的分散和特质关联联。

阿贡国度实验室的 Aurora 百亿亿次级超等计较机为模拟、东说念主工智能和数据分析掂量提供了强劲的功能。图片泉源：阿贡国度实验室

未解之谜：六合的昏黑面

从伽利略到好意思国宇航局创始性的詹姆斯韦伯天际千里镜，东说念主类蕴蓄了多半令东说念主头晕眼花的插图和图像，它们连续塑造着咱们对六合的想法。

就在科学似乎已经很好地掌执了这个可不雅测六合的组成和机制时，暗势力启动显露体态，对物理学和天放学的既定模子酿成了广阔的碎裂。

事实证实，咱们所看到的可见物资只占六合的5%驾御。科学家以为暗物资和暗能量鉴别占27%和68%。

暗物资的默示不错纪念到 20 世纪初，但更当代的印象归功于瑞士天体裁家弗里茨·兹维基。20 世纪 30 年代，兹维基商量了星系团中单个星系的通晓——后发座星系团包含一千多个星系，扫数星系齐相对围聚。仅基于引力旨趣，他无法相识星系团何如保持连结在沿途。为了解释这一风物，他假定存在一种看不见的“暗物资”。

跟着 20 世纪 60 年代和 70 年代对单个星系的更仔细掂量，这一念念法逐渐得到认同。最近使用其他探伤器进行的测量，如引力透镜（后光绕过中间质料时配景星系的图像发生误解），为暗物资的存在提供了惊东说念主的凭证。

暗能量：不断扩张的谜团

但如故短缺了一些东西。即使加入了暗物资，刻下的六合模子仍然顽抗衡。需要测量亮堂的爆炸恒星——超新星，天放学家身手测量六合的扩张进程以及扩张速率是降速如故加速——身手发现咱们当今所说的暗能量。

很快，暗能量就加入了六合力的行列，成为这一惊东说念主发现的罪魁首恶：六合不仅在扩张，况且扩张速率还在加速，这让许多东说念主感到诧异。暗能量起着某种反重力的作用，在很远的距离上以比重力更大的力量将物体拉开。

“值得提神的是，暗能量恰是使大规模星系团平日形成以及以某种形式保持六合模子齐全所需要的能量，”哈比卜解释说念。

他说，暗物资可能并不是一个如斯放纵的构造，尤其是对于一个充满惊东说念主风物的六合来说。它高深之处在于它既不给与也不辐射光，但咱们不错通过它的引力效应“看到”它——就像黑洞雷同。

“从某种意旨上说，它只是咱们尚未发现的另一种粒子，就像咱们知说念中微子存在，但咱们还莫得发现它们雷同，”哈比卜说。“但暗能量是一个相等不同的命题，因为它明晰地证实了形容引力何如运作的一个基本问题。这即是导致许多郁闷的原因。”

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位于阿贡素养力计较中心的好意思国能源部 Aurora 等超等计较机将有助于让东说念主工智能变得越来越强劲。图片泉源：阿贡素养力计较中心

掂量东说念主员使用 Aurora 这么的超等计较机来构建信得过的六合模子，通过运行我方的臆造六合来掂量数百和数千种可能的情况。

臆造六合是数字孪生的例子，是地球征象或疾病传播等复杂系统的复杂模子。科学家期骗它们对系统的演变作念出颠倒准确的展望，并将它们算作相识与这些系统内发生的惟恐事件（颠倒）关联的潜在问题的用具。恰是模子中的这些不法例或不一致之处可能会让掂量东说念主员有所发现。

面前，东说念主们以为暗物资（不管它是什么）不会与自身或可见物资互相作用，但它确乎会像其他一切物资雷同发生引力互相作用。然而，即使是这种有限的相识仍然建议了几种可能探伤到暗物资的存在并掂量其特质的场景。

淌若暗物资确乎存在自互相作用，那么这种互相作用可能会篡改引力能源学。举例，你不错跟踪小星系中心隔邻恒星的轨说念，以坚信其模式是否与仅通过引力所展望的模式不同。

况且由于它是动态的，掂量东说念主员不错模拟它。

“淌若你给我一个暗物资何如与自身互相作用的模子，我就不错把它放入我的模拟代码中，然后就能计较出会发生什么，”哈比卜说。“我不错在小标准上展望质料分散将何如变化。”

由于面前尚不存在令东说念主信服的暗物资互相作用模子，掂量东说念主员不错屡次运行不同的模子，并在此经过中篡改参数。这个经过一直持续到得到一个与不雅察效果抽象一致、并能提供一些对于互相作用性质的陈迹的模子。

哈比卜指出，这个例子只是掂量六合模子浩繁空间的旯旮和流毒的一种形式。淌若使用 Aurora 的前辈（自身即是功能强劲的超等计较机）来完成这已经过，则需要数年时间。但 Aurora 的百亿亿次计较智商，加上集成的东说念主工智能和统计方法，大大减少了模拟次数和取得效果所需的时间。

东说念主工智能和机器学习加速发现

举例，东说念主工智能正在鼓动一种名为“模拟”的时刻来照应逆问题，即指标是根据不雅察到的效果或数据坚信原因或系统属性的问题。这项新时刻试图将模拟与某些天放学特征或能源学属性的不雅察和测量相匹配。直到最近，可能需要数千次模拟身手探索可能照应特定问题的参数。

模拟是一种强劲的基于机器学习的统计方法，只需要很极少的模拟就能坚信最恰当一组不雅察效果的参数。

“因此，要点是咱们不错让这个经过变得愈加高效，”哈比卜说。

这是一个广阔的上风，止境是在模拟六合场景时，比如六合的扩张和暗能量所起的作用。

“暗能量比暗物资更高深，”他说，“因为它莫得与之关联的小规模能源学身分。况且由于它影响着六合的扩张速率，暗能量实践上正在篡改六合在相等大的标准上的行为形式。”

为了更好地掌执问题的严重性，掂量东说念主员率先必须测量六合的扩张率和星系互相远隔的速率。这些计较需要征战相等大且计较老本不菲的星图，以臆造形式可视化和独揽起作用的力量。

就像暗物资雷同，掂量东说念主员不错使用这种力的无尽变化来模拟不同的暗能量模子，篡改参数直到模子启动与不雅察效果一致。

其中一个轨迹模子需要回到六合的早期阶段来测量其扩张率，然后坚信它是否跟着时间的推移而发生了变化。

“淌若是这么，它是否恰当你的预期，如故有所不同？”哈比卜问说念。“事实证实，各异颠倒高深。但部分原因是刻下的暗能量模子相等浅薄。

“因此，面前，咱们正试图对模子作念出越来越准确的展望，淌若你发现测量效果与你的展望不一致，那么你就知说念有问题了，”他连续说说念。“它不会告诉你正确的谜底是什么，但它告诉咱们，咱们现存的浅薄模子是不正确的。这么咱们就不错征战新的模子了。”

照亮昏黑的六合

如斯反复，数千次，致使数百万次。该团队将期骗 Aurora 广阔的计较智商对六合进行大规模模拟，匡助鼓动计较天放学的发展，为有用辐射新的千里镜和探伤器铺平说念路。

这项掂量不祥能解答暗能量和暗物资的实践，并照应中微子之谜，中微子仍然是粒子物理学标准模子中一个令东说念主困惑的部分。自从实验揭示出中微子有三种不同种类或“滋味”的凭证以来，形容中微子的总质料就成了某种圣杯。每种粒子齐有我方的质料。

但对哈比卜来说，这个花式带给咱们的不单是是这些谜题的谜底。顶端时刻的使用，尤其是计较时刻，对咱们频频无法预念念的转换有着令东说念主振奋的影响。

这项功绩还坚信了咱们与天际的遥远关联，并通过它，对天然产生了一些感性的相识，并在往时导致了日期和精准导航等东说念主类成立。

“从根柢上讲，咱们当今所作念的事情只是东说念主类与恒星、星系和其他一切事物之间悠久接洽的蔓延，”他说。“通盘经过齐有一种内在的好意思。我的酷好是，望望东说念主们看到哈勃或新詹姆斯·韦伯天际千里镜拍摄的图像时有多振奋。深远六合的智商颠倒令东说念主颤抖，因为它还告诉咱们许多对于咱们我方在宏不雅世界中的位置的信息。”

阿贡素养计较法子 (ALCF) 为科学家和工程师提供强劲的超等计较资源，匡助鼓动世俗掂量规模的打破。ALCF 得到好意思国能源部科学办公室通过其高档科学计较掂量 (ASCR) 筹划的救援，是好意思国两家戮力于绽开、非机要科学掂量的能源部素养计较法子之一。

编译自/ScitechDaily