超级计算机破解宇宙起源：大爆炸之前真有另一个宇宙？

哈喽，大家好，杆哥这篇评论，主要来分析超级计算机破解宇宙起源：大爆炸之前真有另一个宇宙？

爱因斯坦的广义相对论早就成了宇宙研究的基石，行星轨道、黑洞视界甚至引力波传播，它都能精准描述。

可一旦把时间倒推到大爆炸瞬间，这套牛气的理论就失灵了，无限密度和温度的奇点让所有物理定律都崩盘。

好在《相对论评论》期刊的最新研究带来了转机，数值相对论这个计算神器，正帮人类触摸大爆炸之前的秘密。

从黑洞碰撞到宇宙起源，数值相对论的逆袭

数值相对论这东西，早在20世纪60年代就被提出来了，最初只是为了搞懂黑洞碰撞时的引力波信号。

2015年9月14日，美国LIGO首次直接探测到引力波，正好验证了这些模拟的准确性。这一下彻底证明，数值方法能搞定广义相对论在强引力场的极端表现。

伦敦国王学院宇宙学家尤金·林主导的团队，就把这套技术用到了更宏大的问题上——宇宙本身是怎么来的。

和之前的探索不同，这次不是靠纸笔画图推导，而是让超级计算机啃下那些用笔算根本解不出来的复杂方程。

暴胀理论的漏洞，超级计算机来补

我们常说的宇宙暴胀理论，解释了宇宙为啥这么均匀、不同区域温度为啥一致。

它认为大爆炸后10的负35次方秒，宇宙经历了指数级膨胀，体积至少增长了10的26次方倍。

可这个理论有个致命缺陷，它只说了“是什么”，没说“为什么”，属于典型的“有效理论”。

传统解析方法只能应付简化的对称宇宙模型，可早期宇宙全是量子涨落和非线性过程，根本算不准。

超级计算机的优势就在这，能模拟这些复杂情景，追踪能量场如何相互作用、怎么触发暴胀又为何结束。

更关键的是，模拟还能给出可观测的预测，比如原初引力波的频谱特征，未来欧洲LISA空间天线或许能捕捉到。

大爆炸之前有啥？“大反弹”模型有了新证据

以前的宇宙学根本不敢碰“大爆炸之前”的问题，觉得时间就诞生于那一刻。霍金就曾比喻，这问题好比问“南极以南是什么”。

但现在不一样了，“大反弹”模型成了热门替代方案。它认为我们的宇宙不是从无到有，而是从之前一个收缩的宇宙“反弹”来的。

也就是说，宇宙一直在膨胀、收缩的循环里打转，每次大挤压后都跟着一次新的大爆炸，这样就不用纠结“第一因”了。

可这个模型也有难题，物质密度无限大时，广义相对论预测会出现奇点，物理定律就失效了。

数值相对论正好能测试这个猜想，研究人员把不同量子修正方案编进程序，看宇宙能不能避免奇点顺利反弹。

要是未来能在宇宙微波背景辐射或引力波背景里找到反弹留下的痕迹，这个循环宇宙模型就有实锤了。

计算难题待突破，未来观测有大招

别看前景光明，数值相对论的应用难度可不小。爱因斯坦场方程本身就有十个相互耦合的非线性偏微分方程。

再加上标量场、辐射、暗物质等各种物质场的方程，还要在普朗克长度到宇宙视界这么大的尺度上求解，对超级计算机是极大考验。

研究人员也有应对办法，比如自适应网格技术，在时空曲率大的地方自动提高分辨率，平滑区域就用粗网格省资源。

对称性假设还能把三维问题简化成二维或一维，大幅降低计算成本。

硬件进步更值得期待，量子计算机可能搞定经典计算机要算几十亿年的模拟，人工智能也能帮忙识别数据模式、优化算法。

观测设备也在升级，LIGO和Virgo已经记录了数百次黑洞和中子星合并事件。

计划2030年代发射的LISA空间天线，还有中国的太极计划、天琴计划，都能探测到更低频率的引力波，帮我们捕捉早期宇宙的信息。