中国科学家成功构建高精度数字宇宙模拟系统

来源：光明日报

将一片边长约120亿光年的浩瀚宇宙，“装进”计算机里——这听起来像是科幻小说的情节，但如今已成为现实。由中国科学家领衔的国际团队于4月23日宣布，他们成功在超级计算机中构建出一个名为“千衍”的数字虚拟宇宙，为人类探索宇宙奥秘提供了一份前所未有的高精度数字导引图谱。

这个数字虚拟宇宙，本质上是一个依托超级计算机强大算力打造的、与真实宇宙高度相似的数字化版本。它完整还原了宇宙自诞生以来138亿年的漫长演化历程，每个关键阶段的样貌都以数字模型的形式被精准再现。

具体是如何实现的？据中国科学院国家天文台研究员王乔介绍，“千衍”项目通过计算物质间的引力相互作用，追踪了约4.2万亿个虚拟暗物质粒子的运动与聚集过程，并记录了100个不同演化时期的“快照”。更厉害的是，借助先进的星系形成模型，这个模拟还能生成虚拟星系的图像、颜色乃至光谱等详细信息。

那么，构建如此庞大的数字宇宙意义何在？其核心价值在于“比对”。科学家可以将这个高精度的虚拟宇宙与实际的天文观测结果进行对比。这就像拥有了一份极其详尽的“标准答案”或“预测图”，不仅能帮助检验和深化我们对暗物质、暗能量等基本物理问题的理解，还能极大地推动对星系如何形成、生长和演化的认识。

这项成果的实用性也相当明确。据悉，“千衍”模拟将为包括中国空间站巡天望远镜、欧洲空间局欧几里得空间望远镜在内的多个国际大型天文观测项目，提供至关重要的理论支撑和数据分析基准。

成就的背后，是硬核的技术突破。“千衍”所依赖的，是国家天文台研究员高亮团队历经十余年自主研发的PhotoNs软件。该软件并非简单移植，而是专门针对国产超级计算机平台进行了深度优化。经过数年攻关，团队成功实现了在上万张加速卡上长时间、高效且稳定的运行，这标志着我国在宇宙学与高性能计算的交叉领域取得了重要突破。

国际学界对此给予了高度评价。美国得克萨斯大学奥斯汀分校的麦克·博伊兰-科尔钦教授称其为一项“计算奇迹”，认为其在模拟的尺度和质量的精细度上都达到了前所未有的水平，未来多年内都将成为该领域的标志性成果。德国马普天体物理研究所所长沃尔克·斯普林格尔教授也指出，“千衍”重新定义了当今数值宇宙学的能力上限，其强大的统计能力使得科学家能够以空前的高精度来检验当前主流的宇宙学模型。

可以说，这个被“装进”计算机的虚拟宇宙，不仅是一次技术的壮举，更是一把开启宇宙深处奥秘的新钥匙。