超级计算机模拟图：相撞黑洞周围时空扭曲
据美国《探索》杂志报道，大自然很少为我们呈现容易处理的数字，从银河系的数千亿颗恒星到一个病毒内的数十万个原子，我 们便可见一斑。一直以来，科学家便试图描绘这些复杂集合内每一个成员的特性和行为。随着超级计算机的出现，我们在了解复杂实体系统方面经历了革命性变化。模拟程序要在房间大小的超级计算机上运行几天，从无边无际的宇宙到极小的物质要素，超级计 算机模拟让视觉形式达到此前无法想象的程度。类似这样的模拟绝不仅仅是科学家的一种娱乐活动，同时更有助于他们进行方方面面的研究，例如研究药物如何对抗 甲流病毒，时空如何在相互碰撞的黑洞周围发生扭曲。通过超级计算机进行的模拟，我们可以进一步发现这个世界的秘密以及它美丽的一面。
1.双星
双星
这幅图片来自于一次超级计算机模拟，运行于美国能源部位于加利福尼亚州门洛帕克的国家加速器实验室，展示 了可能形成于宇宙初期质量相对较低的双星，它们的形成时间距离大
爆炸只有2亿年。此前对原始宇宙进行的模拟显示，最初形成的恒星主要是孤巨星，质量最高可 达到太阳的300倍。此次模拟涉及由8×1052立方英里(约合3×1062立方米)气体和暗物质构成的宇宙区域。颜色较淡的区域密度更高，是两颗正在发 育中的低质量恒星所在地。
2.一颗将要走向死亡的衰老恒星
一颗将要走向死亡的衰老恒星
当一颗质量大约相当于10个太阳的衰老恒星即将耗尽容易熔化的轻元素，其尚未熔化的铁心便会发生塌陷。恒 星内部随后像球面活塞一样回弹并发生爆炸，最终变成一颗II型超新星。利用位于美国田纳西州橡树岭国家实验室领导计算设施的一台超级计算机，天体物理学家 展示了微中子在为撕裂恒星的冲击波提供能量方面扮演着怎样的关键角色。这幅模拟图展示了一颗巨星核心物质的流体力学流动。棕褐色区域熵值更高或者说温度更 高，蓝色和绿色区域的温度则相对较低。
3.核聚变中的电子流动
核聚变中的电子流动
几十年来，科学家便一直希望通过持续的核聚变反应产生清洁能源。太阳的巨大能量正是来自这种反应。在地球 上，核聚变反应需要借助于可控的温度大约在1.5亿摄氏度的等离子体(带电气体)实现，这一温度是太阳核心的10倍。在利用核聚变反应方面，最雄心勃勃的 项目当属目前正在法国建造的国际热核聚变实验堆(以下简称ITER)，耗资100亿欧元。 最近进行的计算机模拟将ITER的甜甜圈形反应室几何学结构与其能量巨大的等离子体约束磁场结合在一起， 以帮助研究人员预测ITER内部等离子体的行为。图片中长长的纤维状结构代
表
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等离子体内穿过反应室的密集电子，红色和橙色代表密集度更高的区域。由于可视 宇宙有超过99%的区域由等离子体构成，类似这样的模拟同样有助于了解一系列天体物理学现象，其中包括恒星的产生以及形成宇宙射线的剧烈活动。
4.黑洞探戈
黑洞探戈
特大质量黑洞合并是宇宙中最为激烈并且尚未被观测到的事件之一。这些质量相当于十亿个太阳的怪物就潜伏在 大型星系中心。正如图片所展示的那样，在上演一段螺旋舞之后，黑洞会在相互碰撞中合二为一。图片中的彩带代表不断扩散的引力场，两个灰球代表黑洞的事件视 界。事件视界内的一切物体均无法逃脱黑洞的巨大吸力，即使光线也是如此。 根据爱因斯坦的广义相对论，黑洞合并将产生剧烈的引力波，使时空产生涟漪。为了解如何观测和识别引力波， 科学家对美国宇航局位于加州莫菲特场的艾姆斯研究中心以及马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心运行的超级计算机模型进行了研究。模拟结果显示，黑洞合 并能够产生巨大能量，将合并后形成的特大质量黑洞抛出所在星系。
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