与已知宇宙的广阔宇宙相比,人类是灰尘的斑点,该宇宙本身不断扩展和改变。实际上,随着宇宙继续“伸展”,新的宇宙结构和物体正在合并。
大约5%的宇宙由普通物质组成,包括夸克,叶子,原子,星星和星系。大约25%的宇宙由一种看不见的理论物质组成暗物质,只能从其重力效应中检测到。
其他70%归因于一种称为暗能量的宇宙常数,这是一种似乎在完全空的空间中存在的能量密度。它渗透到整个空间,并负责宇宙的加速扩张。
对于科学家来说,暗能量仍然是一个谜,但是一项新的研究可能会阐明其性质。
运动中的宇宙
过去的物理学家通过依靠牛顿定律的重力模拟来研究大规模宇宙结构的形成。这些牛顿的数值模拟或代码说,空间本身是静态的,并且在时间向前发展时不会改变。
如果宇宙中的物质以每秒约300公里(186.4英里)的速度缓慢移动,则模拟非常精确。
但是,当物质颗粒高速移动时,代码仅允许近似计算,并且不描述暗能的波动。确实有必要开发一种新方法来模拟宇宙中结构的形成。
结果,瑞士的一个物理学家团队基于阿尔伯特·爱因斯坦方程开发了数值模拟,使我们可以更好地了解宇宙中结构的复杂形成。
在露丝·杜勒(Ruth Durrer)教授的带领下,日内瓦大学(Unige)的科学家能够将时空的旋转纳入其计算中,甚至确定引力波。
新代码称为Gevolution,高度基于爱因斯坦的广义相对论。与牛顿的静态空间理论不同,爱因斯坦的理论将空间视为动态,而时空则不断变化。
为了预测重力波的幅度和影响,以及由宇宙结构形成引起的时空旋转,Unige的研究团队分析了空间中的立方体部分。该空间由600亿个区域组成,每个区域都包含一部分星系。
Unige科学家能够在Latfield2库和Lugano的瑞士超级计算机的帮助下研究颗粒的运动,并通过爱因斯坦方程计算宇宙中两个星系之间的距离和时间。
团队计算的结果光谱使他们能够看到Gevolution和Newtonian代码的发现之间的差异。他们首次测量了引力波和由宇宙结构形成引起的时空旋转的影响。
宝贵的工具
因为这从未做过,所以科学家认为他们将能够在更大的规模上测试一般相对论的理论。它可能很快就会阐明黑暗能源的机制。
“我认为这是向前迈出的重要一步,”说牛津大学教授乔·邓克利(Jo Dunkley)未参与这项研究。 “这是人们一直在努力努力一段时间的事情。”
但是,一些专家认为爱因斯坦的方程式太复杂且无法解决,因为它需要太多的计算机时间。
苏塞克斯大学的戴维·塞里(David Seery)博士说:“为了研究宇宙学量表上的结构增长,我们通常可以通过牛顿较旧的重力理论来进行。”
尽管如此,敦克利仍然认为,模拟将证明自己有价值。
邓克利说:“这确实是及时的,因为我们正要启动这一全部新数据。” “如果我们想从即将到来的新数据中学习新物理学,则需要这些计算机模拟。”
同时,发现是特色在日记中自然物理学。