盘点具有代表性的6个超级计算机模拟实验

本周焦点

据美国《探索》杂志报道,一些天文现象、物理反应以及药物原理通过超级计算机模拟不仅解开了科学家的谜团,也呈现出绚丽的色彩。比如:银河系内数千亿颗恒星、一个病毒中数十万个独立原子。以下是具有代表性的6个超级计算机模拟实验,帮助研究人员如何研制药物抵御流感病毒、黑洞出现“探戈”舞蹈式碰撞形成的时空扭曲。

广阔太空中的大型粒子实验

ag真人游戏 1

去年5月,美国“奋进”号航天飞机执行的最后一次任务,是将太空粒子探测器“阿尔法磁谱仪2”送至国际空间站。这是一个大型粒子物理实验,首要目的寻找宇宙中的暗物质及其起源,另一目的则是寻找由反物质组成的宇宙。

如图所示,这张图像是美国国家能源部SLAC国家加速装置实验室的超级计算机模型图,图中的低质量双恒星形成于宇宙早期,可能仅形成于宇宙大爆炸后2亿年。

时至今日,阿尔法磁谱仪已收集到170亿个宇宙射线数据,远超过去100年人类收集到的宇宙射线数据总和。而在未来20年内,阿尔法磁谱仪将在距离地球近400公里的国际空间站上收集到3000亿个数据,为人类寻找新物质提供前所未有的精度。它在广阔太空中大显身手,毫不逊色于地面上的物理学家利用大型强子对撞机追寻物理学“标准模型”的答案。

这张模拟图包含着12.8×10^52立方公里的气体和暗物质弥漫于太空中,色彩轻淡的区域是宇宙物质高密区。

本周争鸣

ag真人游戏 2

关于禽流感病毒的争议性论文登出

数十年以来,科学家一直致力于研究太阳提供能量的持续性核聚变反应产生洁净能源,在地球上这一方案需要使用1.5亿摄氏度的人工等离子体,这一温度是太阳内核的10倍。目前,斥资1000亿欧元的国际高热原子核实验反应堆正在法国建造。

美国《科学》杂志6月21日在线发表了引发数月争议的禽流感病毒论文,论文公布了制成易在哺乳动物雪貂间传播的H5N1型禽流感病毒变种实验的相关数据。而这次发表标志着“长达8个多月关于是否公布其中一些数据的争议最终结束”,应让人们对H5N1型禽流感病毒的潜在威胁提高警惕。杂志同时发表了另一份相关研究,评估了这些变种在自然界产生以及引发人际传播的可能性。

近期,计算机模拟实验结合国际高热原子核实验反应堆的炸面圈状反应舱以及高功率限制等离子体的磁场,该实验可以帮助研究人员预测机械装置内骚动等离子体的运动状况。该装置较长纤维中呈现等离子体中浓密电子流过反应舱,这些高密度电子呈现红色和橙色。由于等离子占宇宙99%可见区域,像这样的超级计算机模拟可以洞察较广范围的天体物理学现象,其中包括形成宇宙射线的恒星形成和宇宙活动事件。

利用争议性控脑技术成功控制猴子睡眠

ag真人游戏 3

美国科学家研制出了能将光脉冲递入大脑的植入物,其能使用光脉冲随意打开或关闭大脑细胞,目前已成功地控制了猴子的睡眠。

迄今科学家在宇宙中未探测到的强大宇宙活动事件包含超大质量黑洞的合并过程,如图所示,这是科学家通过超级计算机模拟的黑洞合并过程,看上去颇似两个黑洞在一起跳探戈舞。

这种前所未有的方式有望为癫痫、阿尔茨海默症等神经疾病提供新疗法,或也能帮助人们制造新记忆。不过,该研究涉及到了3项富有争议的技术:对大脑细胞进行遗传修改、以手术将植入物放入大脑以及对人的行为进行控制。

黑洞的质量相当于数十亿颗太阳,通常黑洞位于大型星系中心位置,当两个星系发生碰撞,黑洞经过螺旋形的“探戈舞蹈”便能结合在一起。图中彩色带状结构是延伸的重力场,而灰色球体是黑洞的边界,在黑洞边界区域甚至是光线也无法从中逃脱。

地下大量封存二氧化碳或诱发地震

艾伯特:爱因斯坦(Albert
Einstein)的广义相对论预测黑洞合并应当释放强烈的重力波,在时空中产生涟漪。目前科学家通过超级计算机模型正在研究如何探测和识别重力波,他们的实验地点位于美国宇航局两个基地,分别是加利福尼亚州艾梅斯研究中心和马里兰州戈达德太空飞行中心。

二氧化碳捕获与封存目前是一个由联合国政府间气候变化委员会正在考虑的“可行的策略”。但美国国家研究委员会的一项独立研究发出警告称其风险太大,这种需要长时间将体积庞大的流体储存地面以下的想法是不切实际的,有可能诱发更大的地震。不过报告同时指出,鉴于现在没有较多的CCS项目在实施,因此对其实际的风险尚难以评估。

4、闪烁,闪烁……超新星爆炸

一周之“首”

ag真人游戏 4

ag真人游戏,首次在石墨烯表面观察到等离子体振子

如图所示,这是质量是太阳10倍的衰老恒星步入死亡阶段的模拟图,这颗衰老恒星正在耗尽光芒,逐渐熔化恒星物质,处于熔化状态的铁质内核逐渐崩溃。这颗恒星内部将像一个球形活塞发生反弹,以II类型超新星形式爆炸。

美国科学家借助红外线光束,沿石墨烯表面激发出电子波,并证明他们能通过简单的电路,控制这些被称为等离子体振子的振荡波的长度和高度。这使人们能够了解电子在这种新形式的碳中发挥什么作用,又将如何管控它们的特性。而其既是首次在石墨烯上观察到等离子体振子,也是在无法使用光的紧密空间内,利用等离子体振子进行信息处理的重要一环,距离前途无量的石墨烯光电子学与信息处理更近一步。

天体物理学家使用田纳西州橡木脊国家实验室的先进超级计算机进行了图像模拟,图像显示至关重要的中微子对撕裂恒星的冲击波提供能量,模拟图像显示流动状态的宇宙物质位于这颗巨大恒星内核。图中黄褐色区域是高热量区,蓝色和绿色是相对冷却的物质。

一周技术刷新

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

网站地图xml地图