但大象和老鼠的尺度差异巨大,带给了我们两个难题:由于老鼠的存在,我们需要用很高的格点精度和很短的时间步长模拟这个系统,而这需要大量的计算机内存和运算时间。
也许有人会提出这样的想法:如果我把大象和老鼠分开来模拟,问题不就解决了吗?这是一个很好的想法, 但是,不幸/所幸的是,我们的宇宙远没有这样简单:我从小时候读的童话故事里就学习到,老鼠会钻进大象鼻子里,害得大象打了个喷嚏。
天体物理中的一个核心问题,在模拟大尺度的演化中,我们必须将小尺度的反馈考虑进来。这就像如果只模拟大象而不模拟老鼠,我们将无法解释,大象为什么会突然打起喷嚏来。然而,同时把大尺度和小尺度放进计算机,就会遇到之前的难题。
不过,有一个方法或许可以帮我们绕过这看似不可逾越的困难:我们可以从理论上估算出星系中超新星的爆发频率和每次爆发中产生的能量。那么在星系模拟中,每隔一定的时间,把相应大小的能量人为地注入到模拟过程中。注意,这里我们并没有具体地模拟个体超新星爆发的过程,而是将其参数化,就像我们在大象的模拟中没有包括老鼠,但我们估算出老鼠每隔多久钻一次大象鼻子,就让模拟中的大象每隔相同时间打一次喷嚏。
知乎ID:季索清 美国加州大学圣塔芭芭拉分校理论物理博士生
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