Saul Perlmutter博士是加利福尼亚大学的物理学教授,劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的高级科学家,2011年诺贝尔物理学奖得主。在此,他向我们介绍了宇宙的加速膨胀,以及计算机技术在该领域的重要作用。2011年,Perlmutter获诺贝尔物理学奖,以表扬他和其他科学家透过观测遥远超新星而发现宇宙加速膨胀。您能解释一下宇宙膨胀的含义吗?许多人听到宇宙膨胀的第一反应是,宇宙怎么能膨胀?
毕竟,人们可能认为宇宙即一切,因此它没有膨胀的余地。但现在,让我们想象一下无限的宇宙。我们置身于星系的海洋里,这片星海在任一方向上都延伸到无穷远处。所以,不管我们是用大型望远镜向上看,或是透过地板向下看,还是从侧面看,都会看到一个又一个星系。在这片浩瀚无垠的星海中,星系之间有一个平均距离。也就是说,沿着给定的方向从一个星系驶向另一个星系,需要花费一定的时间。
而宇宙在膨胀的意思是,星系间的距离在随时间慢慢增加,星际旅行所需的平均时间也在逐渐变长。如果宇宙空间并非无限,而是在广义相对论的框架下,自身向内弯曲呢?但要想解答这类问题,首先需要回顾宇宙的膨胀史。理论上讲,单独研究任何一颗超新星都能给我们带来一些有用的信息。但我们关注的是膨胀过程中的时间变化:如膨胀速率是否有所变化?是否会变慢?
因此,我们需要研究完整序列的超新星——几百万年前、十亿年前、五十亿年前、七十亿年前,一百亿年前以及更早的超新星,以判断膨胀过程是否有变化。我们需要观测大量的超新星,而且要从不同方向上对比,以免某个方向的超新星过于特殊。由此可见,我们的研究问题带有几分统计性。如今,计算机性能带来的最明显的影响是,我们在许多情况下都直接把模拟作为一种全新的统计方法。
我们利用正演模型并重现所有的系统条件,以获得置信区间。这将会推动计算机朝着我们意想不到的方向发展,因为我们常常要模拟成千上万的数据版本,并进行成千上万次分析。因此,我们必然需要更强的计算能力。最终,这也将帮助合作者们判断他们推进到了哪个阶段,了解当前认知建立的基础,并分析与目标之间的差距,共同实现软件的高效构建。此外,我认为研究人员得更加重视盲态分析:在调试管线直至你满意的过程中,你不会关注答案。
除非我们嵌入所有的盲态分析技术,否则很难改变这一现状。计算机相比人类能更有效地追踪事物。但如今很多情况下我们还在依靠人力,是时候做出改变了!获得诺贝尔奖后,您的生活发生了怎样的变化?有趣的是,获奖对我的影响,可能不如人们想象中那么大。因为在自己的研究领域中,人们对你的研究只会有两种态度——赞赏或否定!还是那些同事,还是那些科学问题。
但有一件事变化很大,那就是你成了学术代表人物,要承担更多相应的职责。