นักวิทยาศาสตร์สร้างจักรวาลจำลองที่สมจริงได้แล้ว

นักดาราศาสตร์ได้สร้างผลงานชิ้นใหม่ขึ้นมาแล้ว โดยในครั้งนี้พวกเขาได้สร้างแบบจำลองจักรวาลเสมือนจริงที่มีความใกล้เคียงของจริงอย่างมากผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ชื่อ Illustris การจำลอง Illustris นั้นสามารถจำลองวิวัฒนาการของจักรวาลเวลา 1หมื่น3พันล้านปีแสดงในรูปทรงลูกบาศก์ที่มีมีความกว้าง 350 ล้านปีแสงในแต่ละด้านด้วยความละเอียดสูงอย่างไม่เคยมีมาก่อน

“จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีการจำลองใดๆที่สามารถสร้างจักรวาลขึ้นมาทั้งในขนาดใหญ่และขนาดเล็กไปพร้อมๆกันได้” ผู้นำการวิจัย Mark Vogelsberger จาก MIT/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ผู้ซึ่งได้ทำงานวิจัยร่วมกับนักวิจัยจากต่างสถาบัน ซึ่งรวมไปถึง Heidelberg Insititute for Theoretical Studies จากเยอรมันด้วย

ผลลัพธ์ของการจำลองดังกล่าวได้ถูกรายงานไว้ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 8 เดือนพฤษภาคมที่ผ่านมา

ความพยายามครั้งก่อนๆในการจำลองจักรวาลนั้นไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากสมรรถนะทางการคำนวณที่ไม่เพียงพอ บวกกับความซับซ้อนของหลักฟิสิกส์ต่างๆที่เกี่ยวข้อง ซึ่งผลที่ได้ก็คือการจำลองที่มีความละเอียดที่จำกัด หรือสามารถมุ่งความสนใจไปได้แค่พื้นที่เล็กๆของจักรวาลเท่านั้น อีกทั้งการแบบจำลองที่เคยมีนั้นยังประสบปัญหาในเรื่องการออกแบบการตอบสนองอันซับซ้อนจากการก่อตัวของกลุ่มดาว การระเบิดของซุปเปอร์โนวา และหลุมดำขนาดใหญ่ด้วย

Illustris  นั้นได้ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์อันซับซ้อนเพื่อสร้างวิวัฒนาการของจักรวาลด้วยความแม่นยำที่สูง โปรแกรมดังกล่าวได้รวมทั้งสสารปกติและสสารมืดด้วยระดับความละเอียด 1หมื่น2พันล้านพิกเซล 3 มิติ

ทางทีมวิจัยได้ใช้เวลา 5 ปีในการพัฒนาโปรแกรม Illustris ขึ้นมา ซึ่งการคำนวณนั้นต้องใช้เวลาถึง 3 เดือน ผ่าน CPU จำนวน 8 พันตัวทำงานไปพร้อมๆกัน ซึ่งถ้าพวกเขาใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ธรรมดาล่ะก็ การคำนวณดังกล่าวนี้อาจจะต้องใช้เวลาถึง 2,000 ปีเลยทีเดียว

แบบจำลองคอมพิวเตอร์ดังกล่าวนั้นได้เริ่มขึ้น 12 ล้านปีแสดงหลังจากเกิดบิ๊กแบงขึ้น ซึ่งเมื่อการจำลองได้เดินมาถึงเวลาปัจจุบันนั้น นักดาราศาสตร์ได้พบกาแล็กซี่จำกว่า 41,000 กาแล็กซี่ในพื้นที่ลูกบาศก์ของการจำลอง ที่สำคัญก็คือ Illustris นั้นมีส่วนผสมของกาแล็กซี่ที่เป็นขดเหมือนกับกาแล็กซี่ทางช้างเผือกและกาแล็กซี่รูปทรงวงรีในอัตราส่วนเหมือนจริง  อีกทั้งมันยังได้สร้างโครงสร้างขนาดใหญ่เช่นกลุ่มก้อนกาแล็กซี่ และพื้นที่ที่มีความหนาแน่นและว่างเปล่าของโครงข่ายจักรวาลอีกด้วย ส่วนในระดับเล็กนั้น มันสามารถจำลองคุณลักษณะทางเคมีของแต่ละกาแล็กซี่ได้อย่างแม่นยำ

เนื่องจากแสงนั้นเดินทางด้วยความเร็วคงที่ ยิ่งนักดาราศาสตร์มองไปในระยะทางที่ยาวไกลมากขึ้นเท่าไหร่ พวกเขาก็เหมือนกับเดินทางย้อนเวลาไปมากเท่านั้น ซึ่งกาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกลออกไปหนึ่งพันล้านปีแสงนั้นก็จะถูกมองว่ามันมีอายุหนึ่งพันล้านปี  กล้องโทรทรรศน์อย่างฮับเบิลนั้นสามารถทำให้เราเห็นจักรวาลในช่วงต้นๆได้ผ่านการมองไปที่ระยะทางอันไกลโพ้น อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์นั้นไม่สามารถใช้กล้องฮับเบิลเพื่อติดตามวิวัฒนาการของกาแล็กซี่หนึ่งๆตามกาลเวลาได้

Illustris นั้นก็เหมือนกับเครื่องเดินทางข้ามเวลา ซึ่งเราสามารถเดินทางไปในอนาคตหรืออดีตก็ได้ อีกทั้งเรายังสามารถหยุดการจำลองไว้ที่ช่วงเวลาหนึ่งๆและซูมเข้าไปในกาแล็กซี่หรือกลุ่มกาแลกซี่ใดๆเพื่อดูว่ากำลังเกิดอะไรขึ้นที่นั่นได้ด้วย” Shy Genel ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมวิจัยกล่าว

ทางทีมนั้นได้ปล่อยวิดีโอความละเอียดสูงออกมา ซึ่งในวิดีโอนั้นจะมีการเคลื่อนย้ายไปมาระหว่างส่วนต่างๆของการจำลองเพื่อเน้นความสำคัญของระดับต่างๆ เช่นความหนาแน่นของสสารมืด อุณหภูมิของก๊าซ หรือคุณสมบัติทางเคมี เป็นต้น อีกทั้งพวกเขายังปล่อยวิดีโออื่นๆและรูปภาพที่เกี่ยวข้องบนเว็บโครงการที่เราสามารถเข้าไปชมได้เช่นกัน

ที่มา : //www.cfa.harvard.edu/news/2014-10

เว็บโครงการ Illustris : //www.illustris-project.org/