宇宙是如何形成和演化的？
宇宙中有什么成分？
宇宙中的物质是如何相互作用的？
这些问题一直困扰着人类，也激发了科学家们不断探索和研究的热情。为了解答这些问题，科学家们利用计算机模拟来重现和预测宇宙的历史和未来。最近，荷兰莱顿大学科学家主导的国际团队进行了迄今已知最大规模的宇宙学计算机模拟，不仅跟踪暗物质，还跟踪普通物质（如行星、恒星和星系等），从而管窥宇宙是如何进化的。
模拟宇宙需要什么？
要模拟宇宙，首先需要知道宇宙的性质，也就是所谓的“宇宙学参数”。这些参数包括宇宙中普通物质、暗物质和暗能量的比例，以及宇宙的几何形状、膨胀速率和年龄等。科学家们可以通过各种方式精确测量这些参数的值，比如观测早期宇宙遗留下来的微弱余晖———宇宙微波背景辐射，或者观测星系引力弯曲光线的现象———引力透镜。
然而，不同的测量方法得到的结果并不完全一致，这就产生了一些“紧张关系”，也就是说，有些参数之间存在着不可调和的差异。这可能意味着我们对于宇宙学理论还有一些不完善或者不正确的地方，或者我们在测量中存在一些偏差或者误差。
为了解决这些问题，科学家们需要用计算机模拟来验证和改进他们的理论和方法。计算机模拟可以根据物理定律和初始条件来计算和模拟宇宙所有组成部分（普通物质、暗物质和暗能量）的演化过程，并与实际观测结果进行比较，从而检验理论的正确性和完备性。
如何模拟一个完整的宇宙？
要模拟一个完整的宇宙，并不是一件容易的事情。首先，需要有足够强大的计算能力，因为要处理海量的数据和复杂的运算。其次，需要有合适的数值方法和代码，因为要考虑各种物理过程和效应，并保证计算的准确性和效率。最后，需要有合理的假设和校准，因为要适应不同的尺度和环境，并消除可能存在的系统误差。
为了实现这样一个前所未有的大规模模拟，荷兰莱顿大学科学家主导的国际团队开发了一种新的代码SWIFT（SimulatingtheWiderandInterconnectedFutureofTheuniverse），它可以有效地将计算工作分配给3万个中央处理单元（CPU），并利用最新的算法和技术来提高计算的速度和精度。
该团队进行的模拟项目名为FLAMINGO（FLowofAMmoniaINtheGalaxyandOthergalaxies），它模拟了一个包含了约亿个普通物质粒子和暗物质粒子的立方体区域，边长为10亿光年。该模拟从宇宙大爆炸后的几百万年开始，一直持续到现在，共计约亿年。在这个过程中，模拟跟踪了普通物质和暗物质的分布和运动，以及它们之间的相互作用，从而形成了各种各样的宇宙结构，如星系、星团、超星系团等。
模拟宇宙有什么意义？
通过模拟宇宙，科学家们可以更好地理解和解释宇宙的奥秘和规律。例如，他们可以探索暗物质、普通物质和中微子之间的角力，以及它们对于宇宙结构形成和演化的影响。暗物质是一种看不见也摸不着的物质，但却占据了宇宙中大部分的物质。普通物质是我们熟悉的物质，如氢、氦、碳、氧等，它们构成了行星、恒星和星系等。中微子是一种无电荷、几乎无质量的基本粒子，它们可以穿透任何物质，但也会受到重力的影响。
模拟结果表明，中微子和普通物质对于作出准确的预测至关重要，但并不能消弭不同测量技术所得数值之间的“紧张关系”。中微子也很有可能在这种不匹配中发挥重要作用。此外，模拟还发现了一些有趣的现象，如星系风、星系合并、星系团内部结构等。
通过将此类模拟与大规模结构观测结果进行比较，科学家们可以测量宇宙学参数的值，以更好地揭示宇宙学的秘密。也许有一天，我们可以真正地理解我们所生活的这个神奇而美妙的宇宙。
模拟宇宙有什么趣味？
除了科学意义之外，模拟宇宙也有着很多趣味性。比如，我们可以通过模拟来欣赏宇宙的壮丽景象，如星系旋转、星团碰撞、超新星爆发等。我们也可以通过模拟来想象我们在其他星系或者其他时代会是什么样子，或者我们是否能够遇到其他文明或者生命形式。我们甚至可以通过模拟来创造我们自己想要的宇宙，比如改变一些参数或者条件，看看会发生什么样的变化和结果。
总之，模拟宇宙是一种既有意义又有趣味的活动，它可以让我们更加了解和欣赏我们所处的这个奇妙而神秘的世界。