新一代超级计算机模拟代码即使直接测量了它们的引力波

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即使直接测量了它们的引力波，黑洞周围还是有些神秘。当两个黑洞合并时，或者当恒星与黑洞相撞时会发生什么?现在已经由法兰克福歌德大学和法兰克福高等研究院(FIAS)的研究人员用一种新的数值方法模拟了这一点。模拟代码“ExaHyPE”被设计成能够计算下一代“超级计算机”超级计算机的引力波。

模拟黑洞的挑战在于解决复杂的爱因斯坦方程组的必要性。这只能通过数字来完成，并且要利用并行超级计算机的功耗。解决方案的准确度和快速度可以近似取决于所用的算法。在这种情况下，由歌德大学理论物理研究所Luciano Rezzolla教授领导的团队和FIAS取得了里程碑式的成就。从长远来看，这项理论工作可以扩大检测除黑洞以外的其他天体的引力波的实验可能性。

这种采用俄罗斯物理学家Galerkin思想的新型数值方法可以在超级计算机上以非常高的精度和速度计算引力波。Rezzolla教授说:“实现这一成果已经成为全球很多团队多年的目标，并不容易。“尽管我们所做的只是向模拟现实黑洞迈出的一小步，但我们期望我们的方法成为所有未来计算的范例。”

Exascale电脑 - 和人脑一样快?

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Rezollas团队是欧洲范围内合作的一部分，目标是开发引力波数值模拟代码“ExaHyPE”，该代码可以利用“E级”超级计算机的功能。虽然尚未建成，但世界各地的科学家已在研究如何使用E级机器。这些超级计算机代表了当今“千万亿次”超级计算机的未来发展，预计每秒能够执行与地球上的昆虫一样多的算术运算。这是一个具有18个零的数字，并且假设这样的超级计算机将与人脑的能力相当。

在等待第一台“E级”计算机建成时，ExaHyPE科学家们已经在德国最大的超级计算中心测试他们的软件。其中最大的是慕尼黑莱布尼兹超级计算中心LRZ和斯图加特高性能计算中心HLRS。这些电脑已经搭建了超过10万个处理器，并且很快就会变得更大。

模拟海啸和地震

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由于基础方程的类比，新的数学算法除了可以用于黑洞和中子星等天体物理紧凑物体之外，还可以研究海啸和地震。由欧盟委员会通过欧盟地平线2020研究和创新计划资助的研究项目的目标是开发新的计算机算法，它将能够在数学上描述电磁和重力理论中的固体，液体和气体。总部位于法兰克福的科学家与慕尼黑(德国)，特伦托(意大利)和达勒姆(英国)的同事密切合作。

“ExaHyPE项目最令人兴奋的方面是理论物理，应用数学和计算机科学的独特结合，”特伦托应用数学团队负责人Michael Dumbser教授说。“只有这三种不同学科的结合，我们才能利用超级计算机的潜力来了解宇宙的复杂性。”