Симулятор Вселенной научили теории относительности

Физики из Университета Женевы впервые построили модель эволюции крупномасштабных структур Вселенной, которая впервые учитывает релятивистские эффекты Общей теории относительности Эйнштейна. Работа ученых опубликована в журнале Nature Physics.

Ранее учеными в основном использовались алгоритмы на основе численного моделирования ньютоновской гравитации без учета релятивистских эффектов. При построении данной модели исследователи изучали релятивистские эффекты в современной стандартной космологической модели лямбда-CDM, согласно которой модели Вселенная заполнена не только барионной материей, но и темной энергией и холодной темной материей. Ученые написали код, который они назвали gevolution, основанный на общей теории относительности и выложили его в открытый доступ.

Для создания кода они проанализировали кубическую часть Вселенной, содержащую 6,7х10¹⁰ частиц и поделенную на 60 миллиардов зон, каждая из которых содержала по одной частице. С помощью программы LATfield2d, которая решила нелинейные дифференциальные уравнения в частных производных, и суперкомпьютера, находящегося в шведском национальном Супервычислительном центре, физики построили модель движения частиц относительно друг друга. В этой модели учитывалось также увлечение инерциальных систем отсчёта или эффект Лензе-Тирринга. В результате, ученые впервые получили модель движения частиц, которая принимает в расчет эффекты общей теории относительности.



Оказалось, что влияние релятивистских эффектов было незначительным, хотя все же присутствовало. Исследователи предполагают, что в будущем их код будет применим для построения моделей, где присутствуют топологические дефекты, темная энергия или релятивистские частицы, такие как нейтрино или горячая темная материя.

Под релятивистскими эффектами в теории относительности понимают изменения пространственно-временных характеристик тел при скоростях, соизмеримых со скоростью света. Учет Общей теории относительности важен для построения моделей эволюции Вселенной, так как, например, ньютоновская механика не учитывает такие объекты, как черные дыры.

Кристина Уласович