宇宙模型

對宇宙的大尺度時空結構、運動形態和物質演化的理論描述。

古代中國，關於宇宙的結構主要有

蓋天説：天圓如張蓋，地方如棋局

渾天説：天是蛋殼，地是蛋黃，天地為雙層結構

宣夜説：根本不存在有形質的天。日月星辰自由漂浮在太空之中。天色蒼蒼是因為它“高遠無極”。

水是宇宙萬物本源--泰勒斯

宇宙最外層是永不熄滅的天火説--畢達哥拉斯

多層水晶球説--亞里士多德

地球中心説--托勒密

中世紀後，宇宙學被納入經院哲學體系，知道文藝復興時代後期哥白尼根據長期的天文觀測寫出《天體運行論》提出日心説。布魯諾進一步認為太陽也不是宇宙的中心，宇宙是無限的，不存在任何中心。

牛頓最早用經典力學方法和歐幾里得幾何觀念建立了絕對的無限的宇宙體系。

愛因斯坦1915年11月發表了廣義相對論，指出空間和時間不能脱離物質單獨存在，建立起了有限無邊的四維宇宙模型。

在膨脹宇宙的觀念下，1932年勒梅特提出了宇宙是由一個極端高温高壓狀態下的“”原始原子“突發膨脹產生的，這一理論啓發了伽莫夫，並於1948年和他的學生髮表了《宇宙的演化》建立了宇宙大爆炸理論模型。

20多年以後，由於宇宙微波背景輻射被證實，再加上核物理學的深入發展，使大爆炸模型大放異彩，成為人們公認的標準宇宙模型。

上個世紀逐漸發展起來的超弦理論，則在另一個角度建立了更加深奧的超弦理論宇宙模型，提出了11維的宇宙模型觀念。

閉合空間中從任何一點出發，不轉向的話，都將會回到原來的地方，就像繞一個點旋轉一樣。原因是：閉合空間中任意一條直線沿着空間彎曲成為等大的有公共圓心中心的圓，有一個這樣的命題“任意兩條直線相交”。

閉合空間的一維空間是一個圓，二維空間是由無數一維空間構成球面，依此類推三維空間由無數二維空間構成，四維空間由無數三維空間構成……它們都有一個公共的虛中心，很顯然我們處在三維空間中只知道一維、二維空間的全貌。

閉合空間兩個一維空間交於兩點，兩個二維空間交於一維空間，兩個三維空間交於二維空間……有一個規律：一個大於一維的閉合空間所有點數的一半 等於 所有n－1維組成數。

閉合空間宇宙模型規則是閉合空間中所有對稱的點的一半以相同的速率定向移動，移動中任意兩點不重合，並始終保持對稱性。

它可以解釋自然過程的有序性和方向性，還可以解釋為什麼宇宙看起來是那麼空曠。由於宏觀事件是由無數微小單元組成，這些微小單元又要滿足共同的制約，因而宏觀規律與物質分佈息息相關。隨着時間的推移，物質分佈發生改變，宏觀規律也隨之改變；相對於兩個不同的位置，物質分佈有差異，這兩個位置的宏觀規律也有差異。如：一棵樹和一台電腦是相對於原子的宏觀事物，功能規律相差很遠。

難題在於這些點應如何分佈，各自向什麼方向移動？

例如：閉合空間二維宇宙模型可以看成一個球面上所有對稱的點的一半以相同的速率繞球心定向旋轉，移動中任意兩點不重合，並始終保持對稱性。你能給出這些點應如何分佈，各自向什麼方向旋轉的答案嗎？

(所有對稱的點的一半指任意對稱的一對點只取一個，如：球面上的點，過球心作任意一直徑，與直徑相交的兩點只取一點。)

這個模型還遇到的一個很大難題就是滿足條件的構型有多種，這就遇到了平行空間問題。據最新資料，該模型一個週期內很可能包含所有滿足條件的構型，如果結論成立，那麼“平行空間”就變成了過去、現在和未來並行。

（閉合空間宇宙模型是一個相對體系，以閉合空間二維宇宙模型為例，它就相當於一個球面。如一個寫了“原”字球面代表這個模型的一種構型，把這個模型放到三維空間直角系中，就會有多種數據表示，但其內容是相同的。）

一個國際科研團隊最近創建了迄今最詳細的大尺度宇宙模型TNG50 ^[1]  。這一虛擬宇宙“芳齡”約138億歲、寬約2.3億光年，包含數萬個正處於演化中的星系，星系的細節程度與單星系模型中的相當。該模型跟蹤了200多億個代表暗物質、氣體、恆星和超大質量黑洞的粒子。

據美國趣味科學網站20日報道，這一模型擁有前所未有的分辨率和規模，使研究人員能瞭解有關宇宙過去的重要信息，揭示宇宙間各種曼妙多姿的星系如何演化為如今這般“模樣”，以及恆星爆炸和黑洞如何觸發了星系的這些演化。

研究合作者、德國慕尼黑馬克斯·普朗克天體物理學研究所博士後迪倫·尼爾森説：“我們在模型中看到了未明確編程到模擬代碼中的現象，這些現象以自然方式出現，來自模型宇宙基本物理成分的複雜相互作用。”

這些現象對於理解宇宙如何在大爆炸後138億年間變成如今這般“樣貌”至關重要。研究人員可在模型中直接觀測宇宙誕生不久後，從湍流的氣體雲中出現的星系。他們發現，銀河系周圍很常見的盤狀星系在模擬中自然出現，且產生了內部結構，包括從其中央超大質量黑洞延伸出旋臂、凸起和條形。當他們將模擬宇宙與現實生活中的觀察結果比較時發現，星系的羣落在數量上與實際情況吻合。

研究團隊稱，他們還遠遠沒有完成對模型的剖析。他們計劃公開發布所有數據，供世界各地天文學家研究這一虛擬宇宙。

研究合作者、美國佛羅里達大學物理學副教授保羅·託瑞説：“這些模擬是巨大的數據集，我們可以通過剖析並瞭解其中星系的形成和演化來獲得大量信息。”

這一模擬由德國HazelHen超級計算機的16000個處理器連續運行一年多生成，是歷史上計算量最大的天體模擬之一。

TNG50是IllustrisTNG項目創建的最新模擬，該項目旨在通過構建大尺度宇宙模型，在不犧牲單個星系精細度的情況下，繪製出宇宙自大爆炸以來如何演化的完整圖景。