暗能量的发现

在美国正式推出的世界上最快的超级计算机Perlmutter将帮助组装迄今为止最大的宇宙三维地图。

宇宙在膨胀！而暗能量就是推动宇宙加速膨胀的神秘力量。“暗能量在宇宙中很稀薄，对地球几乎不会有什么影响。因此，人类很难在地球上建立的实验室中‘捕获暗能量’。”

佩德穆特超级计算机能够捕捉暗能量，它属于美国国家能源研究和科学计算中心(NERsc)。Perlmutter超级计算机基于cray的“sha sta”平台，该平台具有GPu加速节点和CPu节点。其预期性能是美国国家能源研究和科学计算中心目前旗舰超级计算机cori的3 ~ 4倍。

启用后，它将协助科学家拼装迄今为止最大的宇宙三维地图，该地图将揭示暗能量这一宇宙加速膨胀背后的神秘物理学现象，而Perlmutter超级计算机还将处理有着“宇宙摄像机”之称的暗能量光谱仪（DEsI）的数据。

启用后，它将帮助科学家组装迄今为止最大的宇宙三维地图，揭示宇宙加速膨胀背后的神秘物理现象，Perlmutter超级计算机还将处理被称为“宇宙相机”的暗能量光谱仪(DEsI)的数据。

据悉，暗能量光谱仪由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室管理，暗能量的主要发现者是美国伯克利实验室的天体物理学家索尔·珀尔马特。

索尔之前的一些工作是在美国国家能源研究科学计算中心的相关设备上进行的，他也因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖。珀尔马特超级计算机就是为了纪念他而命名的。在启动仪式上，索尔也在网上表示了祝贺。

暗能量之所以难以捕捉，是因为人类根本感觉不到它的入侵。按照目前的主流模型，如果暗物质粒子是质量为100GeV(约100个质子)的超对称粒子，那么我们周围的暗物质粒子密度约为每立方米5000个。虽然暗物质粒子无时无刻不在“入侵”人类的五官，但我们却浑然不觉。在此之前，即使使用地球上最灵敏的探测设备，也很难捕捉到这种“灵活的怪物”。“21世纪初存在于物理日空的两朵乌云”

在Perlmutter超级计算机正式推出之前，暗能量谱仪已经作为先锋发射，发射后将开始为期五年的宇宙探索之旅。此前，暗能量光谱仪已经试运行了4个月，期间捕获了400万个星系的光谱，超过了以往所有光谱巡天的总和。

据了解，暗能量光谱仪位于美国亚利桑那州基特峰天文台一台直径4米的望远镜上，其核心是5000个独立的铅笔大小的机器人，每个机器人控制一个光纤眼，它们的工作就是联合起来捕捉光波，暗能量光谱仪的每次曝光可让机器人捕获多达5000个星系。

据了解，暗能量谱仪位于美国亚利桑那州风筝峰天文台一架直径4米的望远镜上。其核心是5000个独立的铅笔大小的机器人，每个机器人控制一只光纤眼。他们的工作是联合起来捕捉光波。暗能量分光计的每次曝光可以让机器人捕捉多达5000个星系。

通过捕捉和研究宇宙中数千万个星系和其他遥远物体的光，暗能量光谱仪将创建迄今为止最大、最精细的星系三维地图，希望揭示暗能量的奥秘，加深人类对宇宙的了解。

该项目的共同发言人、法国替代能源和原子能委员会的宇宙学家纳塔莉·帕兰克一德拉布维尔表示，大约10年前他们开始设计该仪器，暗能量光谱仪旨在更好地了解暗能量。未来，暗能量光谱仪可让研究人员精确地解决以下两个问题：什么是暗能量？以及引力遵循广义相对论定律的程度有多少？只有理解这两个问题，人类才能具备理解宇宙的基础。

该项目的共同发言人、法国替代能源和原子能委员会的宇宙学家娜塔莉·帕兰克-德拉布·维尔(Natalie Palank-Dlab Ville)表示，他们大约在10年前开始设计该仪器，暗能量光谱仪旨在更好地了解暗能量。在未来，暗能量谱仪将使研究人员能够准确地解决以下两个问题:什么是暗能量？而引力在多大程度上遵循了广义相对论定律？只有了解了这两个问题，人类才有了解宇宙的基础。

1998年，科学家首次发现暗能量存在的有力证据，并发现这是一种推动宇宙加速膨胀的神秘力量。宇宙微波背景辐射观测实验得出数据显示，宇宙中的暗能量高达68.3%，暗物质则有26.8%，普通物质只有4.9%。正因此，科学家将暗能量与暗物质称为“21世纪初物理学天空存在的两朵乌云”。

1998年，科学家首次发现了暗能量存在的有力证据，发现它是一种加速宇宙膨胀的神秘力量。微波背景辐射观测实验的数据显示，宇宙中暗能量高达68.3%，暗物质为26.8%，普通物质仅为4.9%。因此，科学家将暗能量和暗物质称为“21世纪初存在于物理天空的两朵乌云”。

它涉及到一种红移现象，这意味着当宇宙膨胀时，星系之间的距离会变得更长，这些星系的光会变得更长和更红的光波，所以它被称为红移。规律是星系越远，红移越大。

测量星系红移之后，研究人员将制作一张宇宙3D地图，通过研究相关星系在地图上的详细分布，科学家有望在暗能量的影响和性质上产生新的见解。

测量星系红移后，研究人员将制作宇宙的3D地图。通过研究地图上相关星系的详细分布，科学家们有望对暗能量的影响和性质产生新的见解。

美国能源部负责高能物理的副主任吉姆·西格里斯特(Jim siegrist)表示，这是下一代暗能量开始科学调查的第一个项目。除了研究暗能量，暗能量谱仪获得的数据集还将用于天体物理学。

项目负责人伯克利实验室的迈克尔·列维(Michael Levi)解释说，暗能量光谱仪的独特之处在于，它可以测量比以往多10倍的星系光谱，它可以收集110亿年前天体发出的光。

对此，专家表示:“光谱巡天最大的好处是可以为宇宙描绘出前所未有的详细三维天空图。通过这张三维天空图，人们不仅可以了解暗能量产生的排斥力是如何在宇宙尺度上加速宇宙膨胀的，还可以窥视这种排斥力对宇宙结构形成的影响过程。甚至，它可以帮助检验爱因斯坦的广义相对论在宇宙尺度上是否正确。”

此外，凭借Perlmutter超级计算机的GPU速度，研究人员能及时捕捉每晚几十次曝光，从而确定第二天晚上暗能量光谱仪应该对准的位置。而在此前系统中，研究人员尚未使用Perlmutter超级计算机，那时需要几周乃至几月才能完成全年数据的发布准备工作，有了Perlmutter超级计算机，能以此前20倍的速度处理上述几十次的曝光资料，只需几天就能完成同样的任务。

此外，凭借Perlmutter超级计算机的GPU速度，研究人员可以及时捕捉到每晚数十次曝光，从而确定第二天晚上暗能量光谱仪应该瞄准的位置。然而，在以前的系统中，研究人员没有使用过Perlmutter超级计算机，需要数周甚至数月才能完成年度数据发布的准备工作。有了Perlmutter超级计算机，上述几十个曝光数据可以用以前20倍的速度处理，同样的任务只需几天就能完成。

其中，6000个NVIDIA A100 GPU为Perlmutter超级计算机提供了近400亿次的混合精度性能，这将帮助科学家拼凑出宇宙的三维地图，从而探索绿色能源的原子之间的相互作用。

在A1使用的16位和32位混合精度数学运算方面，Perlmutter超级计算机也成为世界上最快的系统和最大的A100使能系统。它配备了6144个NVIDIA A100张量coreGPU，可以支持物理学和气象科学领域的20多个应用。另据报道，今年晚些时候，Perlmutter超级计算机将在劳伦斯伯克利国家实验室开展第二阶段项目。两台“虎翼”A100的佩尔穆特超级计算机和开源代码RAPIDS

据悉，传统超级计算机很难在几纳秒内使用Quantum Espresso这种开源计算机代码套件，来处理在模拟多个原子时所需的数学运算。然而，如果把QuantumEspresso的高精度模擬与机器学习相结合，科学家们可以在更长时间内研究更多原子。

据悉，传统超级计算机很难在几纳秒内使用开源计算机代码套件Quantum Espresso来处理模拟多个原子所需的数学运算。然而，如果QuantumEspresso的高精度模拟与机器学习相结合，科学家可以在更长的时间内研究更多的原子。

美国国家能源研究科学计算中心的应用性能专家布兰登·库克(Brandon Cook)说:“过去，我们无法对电池接口这样的大型系统进行完整的原子模拟，但现在科学家们计划使用佩尔穆特超级计算机进行这种模拟。”目前，布兰登正在参与发起这样的项目。

其中Nvidia A100中的Tensorcore在这些方面都能起到相应的作用。A100不仅可以加速用于仿真的双精度浮点数学运算，还可以加速深度学习所需的混合精度计算。

此外，英伟达的开源代码RAPIDS也将加速国家能源研究科学计算中心Python程序员团队的工作。与以前的CPU相比，它将中心柯里超级计算机的网络流量分析速度提高了近600倍。

在暗能量的研究上，中国也在提速。专家表示，“自20世纪末发现暗能量以来，中国物理学家和天文学家在暗能量研究方面取得了许多重要成果。最具代表性的是全息暗能量模型、宇宙环暗能量模型、elf暗能量模型等一系列具有国际影响力的暗能量模型。当然，我们还是要清醒地认识到，暗能量的本质仍然是一个未解之谜，需要全世界的科学家继续努力去揭开这个谜。”