第669章 超級計算機模擬宇宙時間倒流

為探尋宇宙的早期結構，科學家使用超級計算機進行模擬，創造了將宇宙結構演化時間反轉、逐漸逼近宇宙極早期狀態的新方法。

在此之前，驗證描述宇宙早期狀態的理論需要龐大的觀測數據，而使用本次開發的新方法，所需觀測時間預計可大幅縮短。

宇宙中星系的分佈並不均勻，存在被稱為「宇宙大尺度結構」的泡狀構造。

暴脹理論認為，該結構是宇宙早期加速膨脹時微小的密度漲落在引力作用下演化的結果。

然而，暴脹理論的細節眾說紛紜，還需要觀測來驗證。

科學家通過觀測推導宇宙初期密度的漲落性質，以驗證暴脹理論。

其中一種方法便是通過當前的宇宙大尺度結構中星系的分佈來估測初期密度漲落，但由於大尺度結構在138億年間經歷了由引力造成的複雜演化，此前學界認為這一方法難以實現。

針對這一問題，日本國立天文台助理研究員白崎正人在統計數理研究所進行研究，他率領的研究團隊使用「重構法」，將宇宙大尺度結構演化時間近似回溯，嘗試由當前星系分佈反向逼近宇宙早期的密度漲落狀態。

首先，研究團隊假定基於密度漲落的星系分佈，將其作為初始狀態進行引力多體運動模擬，得到了演化至現今宇宙的模擬星系分佈數據。

然後在此數據基礎上使用重構法，重新將時間近似回溯至宇宙初期得到新的星系分佈。

研究團隊通過對4000種不同的宇宙早期星系分佈狀態進行的模擬，精確驗證了重構法得到的星系分佈。這些模擬使用了日本國立天文台天文學專用的超級計算機「阿弖（dǐ）流為Ⅱ」。

宇宙大尺度結構與重構法圖示。

重構法是指將宇宙大尺度結構演化時間反轉，從圖中右下向左上推移變化，從而逼近宇宙早期密度漲落分佈的方法。

研究團隊發現，重構法得到的星系分佈與宇宙早期星系分佈有著十分相似的統計學性質，可以認為重構法充分消除了引力對演化產生的影響。

換句話說，如果將重構法應用於實際觀測數據，可以去除引力對演化的影響，反推出宇宙早期的密度漲落信息。

而且，使用重構法的話，僅需此前十分之一的觀測數據量，就能夠得到與直接分析同等水平的精度。

本研究成果不僅適用於現存的星系大數據，也能夠用於昴星團望遠鏡計劃搭載的「主焦攝譜儀（PFS）」的巡天數據等，有望大幅縮短觀測時間。

這意味著我們找到了科學驗證宇宙初期情況的捷徑。

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