---
title: "Астрономия и космология · Симуляции · Гипотеза симуляции"
url: https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/astronomy-cosmology
description: "Вселенная от первых минут до космической паутины, а также звёзды, планеты и чёрные дыры в ней. Часть таксономии симуляций, которые люди действительно запускают."
license: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
credit: "Ross Allan Dahl, Гипотеза симуляции (simulation-hypothesis.com)"
---

[Симуляции](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations)область 2 из 18

# Астрономия и космология

Вселенная от первых минут до космической паутины, а также звёзды, планеты и чёрные дыры в ней.

Мы не можем перезапустить Вселенную, поэтому астрономы строят её модели. Космологические симуляции ближе всего к масштабу «вся Вселенная» в Песочнице. Они остаются посильными, потому что одна частица заменяет примерно миллион солнц.

## Вселенная целиком

### Космологическая задача N тел

Тёмная материя как миллиарды частиц, выросших под действием тяжести из почти однородной ранней Вселенной в космическую паутину из нитей, стен и пустот.

Вопрос, на который отвечает: Вырастает ли в нашей модели Вселенной та же крупномасштабная структура, что видят телескопы?

Не учитывает: Одна частица заменяет миллион солнц, поэтому ничего мельче галактики на самом деле нет.

Работает на: около 10^17.5 FLOPS приблизительно большая доля национального суперкомпьютера, на недели. С: 1970 300-точечная модель образования скопления галактик Пиблса, одна из самых ранних; расчёты N тел для звёздных скоплений начал фон Хёрнер в 1960 году

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)нижний уровень: Тела

### Формирование галактик

Охлаждение газа, звездообразование и взрывы сверхновых, а также аккреция чёрных дыр, порождающая истечения, — всё это наслаивается на паутину тёмной материи.

Вопрос, на который отвечает: Почему галактики бывают именно таких форм и размеров?

Не учитывает: Звёздообразование и обратная связь от чёрных дыр представлены настраиваемыми подсеточными правилами, а не выведены из первых принципов.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно большой кусок национального суперкомпьютера, недели работы. С: 1992 первые совмещённые симуляции гравитации и газа для формирующихся галактик.

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Нуклеосинтез Большого взрыва

Первые двадцать минут, когда Вселенная была ядерным реактором и делала водород, гелий и следы лития.

Вопрос, на который отвечает: Совпадают ли предсказанные соотношения элементов с самым древним газом, который можно измерить?

Не учитывает: Предполагает, что ранняя Вселенная была идеально однородной, хотя в ней были небольшие неоднородности.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно ноутбук; весь расчёт занимает секунды. С: 1967 Первые вычисленные содержания лёгких элементов, Вагонер, Фаулер и Хойл.

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Субатомные

### Космический микроволновый фон

Рябь в горячей плазме молодой вселенной эволюционирует, пока свет не высвободится через 380 000 лет после Большого взрыва.

Вопрос, на который отвечает: Какие космологические параметры дают наблюдаемую картину горячих и холодных пятен?

Не учитывает: Предполагает, что стандартная космологическая модель верна, и подгоняет лишь её небольшой набор параметров.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно настольная рабочая станция; минуты на набор параметров. С: 1996 Быстрый код Больцмана для микроволнового неба, Seljak и Zaldarriaga.

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)нижний уровень: Поля

### Космическая реионизация

Ультрафиолетовый свет первых звёзд и галактик распространяется по нейтральному водороду, заполнявшему раннюю Вселенную, и ионизирует его.

Вопрос, на который отвечает: Что реионизовало Вселенную после космических тёмных веков?

Не учитывает: Слабые далёкие источники, делающие основную часть ионизации, пока ниже того, что любой телескоп видит напрямую, поэтому их число экстраполируют.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно большая доля национального суперкомпьютера, на недели. С: 1999 первые симуляции переноса излучения для первых ионизованных пузырей.

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Межгалактическая среда и лес Лайман-альфа

Тонкий газ, растянутый между галактиками, развивают под действием тяжести и нагрева, пока картина его поглощения не совпадёт с мерцающим лесом линий в спектре далёкого квазара.

Вопрос, на который отвечает: Сколько обычной материи в газе между галактиками и насколько он горячий?

Не учитывает: Зависит от допущений о том, как ультрафиолет от галактик нагревает газ, чего напрямую не наблюдают.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно университетский или национальный кластер, недели на смоделированный объём. С: 1994 первые гидродинамические симуляции, воспроизводящие лес Лайман-альфа.

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Симуляции волновой тёмной материи

Вселенную развивают, считая тёмную материю когерентной квантовой волной, подчиняющейся уравнениям Шрёдингера и Пуассона, а не классическими частицами.

Вопрос, на который отвечает: Как выглядела бы космическая структура, если бы тёмная материя была сверхлёгкой волной?

Не учитывает: Требование к разрешению волн затрудняет большие объёмы, а барионы в основном опущены.

Работает на: около 10^19 FLOPS приблизительно Большие волновые симуляции с адаптивной сеткой С: 2014 Cosmic structure as the quantum interference of a coherent dark wave (2014) [источник](https://arxiv.org/abs/1406.6586)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Условные симуляции локальной Вселенной

Космологические расчёты, где начальные условия настроены так, чтобы эволюционировавший объём воспроизводил наблюдаемых соседей нашей галактики, включая близкие скопления.

Вопрос, на который отвечает: Можем ли мы смоделировать настоящие структуры вокруг Млечного Пути, а не типичный участок Вселенной?

Не учитывает: Ограничения берутся из шумных данных о расстояниях, поэтому совпадение статистическое, а не точное.

Работает на: около 10^19 FLOPS приблизительно Большие расчёты N тел или гидродинамические расчёты из заданных начальных условий С: 2010 Constrained Local UniversE Simulations (CLUES) (2010) [источник](https://arxiv.org/abs/1005.2687)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Космологические эмуляторы

Небольшой набор дорогих космологических симуляций служит для обучения быстрого интерполятора, который предсказывает статистики, например спектр мощности вещества, для близких значений параметров.

Вопрос, на который отвечает: Можем ли мы предсказать структуру для тысяч вариантов параметров всего по нескольким десяткам симуляций?

Не учитывает: Она охватывает только тот диапазон параметров и ту статистику, на которых обучена.

Работает на: около 10^18 FLOPS приблизительно Планирование нескольких десятков расчётов N тел, затем почти бесплатные предсказания С: 2010 The Coyote Universe III: simulation suite and precision emulator (2010) [источник](https://doi.org/10.1088/0004-637X/713/2/1322)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Выученные эмуляторы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-learned)нижний уровень: Поля

### Синтез звёздных населений

Суммарный свет многих поколений звёзд складывают из треков звёздной эволюции и спектров, чтобы по цветам галактики читать возраст, массы и историю звездообразования.

Вопрос, на который отвечает: Какая смесь звёзд даёт галактике её цвет?

Не учитывает: Звёздные треки и спектральные библиотеки несут собственные неопределённости, например для поздних стадий эволюции.

Работает на: около 10^9 FLOPS приблизительно недорогой синтез спектров, повторяемый по сетке возрастов и металличностей. С: 1983 Спектральная эволюция галактик по Бруцуалю, системы раннего типа. [источник](https://doi.org/10.1086/161352)

[Правила и состояния](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-rules)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Правила

### Химическая эволюция Галактики

Накопление тяжёлых элементов в галактике со временем из притока газа, звездообразования, гибели звёзд и оттока газа записывают как систему связанных уравнений скоростей.

Вопрос, на который отвечает: Как галактика накопила железо и кислород?

Не учитывает: Перемешивание и газовые потоки сведены к нескольким свободным параметрам, поэтому модель подгоняется, но не предсказывает.

Работает на: около 10^8 FLOPS приблизительно дешёвое интегрирование уравнений скоростей, с перебором по параметрам. С: 1968 Модель Тинсли эволюции звёзд и газа в галактиках. [источник](https://doi.org/10.1086/149455)

[Системная динамика](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-system-dynamics)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Правила

### Полуаналитическое образование галактик

Галактики «рисуют» на сливающихся гало симуляции тёмной материи по простым правилам охлаждения, звездообразования и обратной связи, прослеживая каждую галактику по малой цене.

Вопрос, на который отвечает: Сколько галактик каждого размера содержат гало тёмной материи?

Не учитывает: Рецепты звездообразования и обратной связи настраиваются, а не выводятся.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно правила, применённые к миллионам деревьев слияний, намного дешевле гидродинамики. С: 1993 Образование галактик в сливающихся гало тёмной материи, Kauffmann, White и Guiderdoni. [источник](https://doi.org/10.1093/mnras/264.1.201)

[Правила и состояния](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-rules)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Симуляция самодействующей тёмной материи

Частицам тёмной материи разрешено рассеиваться друг на друге, так что ядра гало сглаживаются, а спутники меняют форму; результат сверяют с наблюдениями галактик.

Вопрос, на который отвечает: Сталкиваются ли частицы тёмной материи, и смягчает ли это ядра галактик?

Не учитывает: Сечение — свободное число, а барионная обратная связь может имитировать или скрывать то же ядро.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно Расчёты N тел с добавленным шагом рассеяния. С: 2000 Слабо самодействующая тёмная материя и структура тёмных гало, Ёсида, Шпрингель, Уайт и Тормен. [источник](https://doi.org/10.1086/317306)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)нижний уровень: Поля

### Космологическая симуляция с массивными нейтрино

Нейтрино с малой массой добавляют в расчёт образования структур как частицы или жидкость на сетке, чтобы измерить влияние на рост космической паутины.

Вопрос, на который отвечает: Насколько масса нейтрино замедляет рост космических структур?

Не учитывает: Тепловой шум нейтрино делает схемы частиц шумными, а их масса и сама неизвестна.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно расчёты N тел в большом объёме с добавленной нейтринной компонентой. С: 2008 Брандбю, Ханнештад, Хаугбёлле и Томсен: влияние теплового движения нейтрино на нелинейный спектр мощности вещества. [источник](https://doi.org/10.1088/1475-7516/2008/08/020)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Образование структур при модифицированной гравитации

Расчёты N тел, в которых гравитация на больших масштабах отходит от общей теории относительности, а механизм экранирования возвращает её вблизи. Так космос проверяют на новые силы.

Вопрос, на который отвечает: Оставило бы изменение гравитации след в космической структуре?

Не учитывает: Для каждой теории нужен свой подогнанный решатель, а точно проследить скрининг дорого.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно Расчёты N тел с решением дополнительного нелинейного уравнения поля на каждом шаге. С: 2008 Нелинейная эволюция космологий f(R), методология, Oyaizu. [источник](https://doi.org/10.1103/physrevd.78.123524)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Трассировка лучей слабого линзирования через смоделированные вселенные

Лучи света прослеживают сквозь вещество большой симуляции, чтобы предсказать, как слегка искажаются формы галактик. Так калибруют обзоры неба.

Вопрос, на который отвечает: Насколько сильно промежуточная материя искажает формы далёких галактик?

Не учитывает: Приближения нескольких плоскостей и конечное разрешение размывают самые мелкие структуры линзирования.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно трассировка лучей сквозь сотни снимков расчётов N тел. С: 2000 Моделирование слабого линзирования крупномасштабной структурой методом трассировки лучей, Jain, Seljak и White. [источник](https://doi.org/10.1086/308384)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Эволюция сети космических струн

Сеть тонких натянутых дефектов, оставшихся от раннего фазового перехода, эволюционирует, чтобы увидеть, сколько петель и длинных струн уцелеет и как они будут притягивать.

Вопрос, на который отвечает: Устанавливаются ли космические струны, если они существуют, в узор, остающийся безмасштабным?

Не учитывает: Расчёты теории поля не достигают реалистичной ширины струн, а режим масштабирования достигается лишь экстраполяцией.

Работает на: около 10^14 FLOPS приблизительно Симуляции Намбу—Гото или теоретико-полевые в расширяющемся ящике. С: 1985 Вычисленная Альбрехтом и Туроком эволюция космических струн. [источник](https://doi.org/10.1103/physrevlett.54.1868)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Решёточная динамика полей ранней Вселенной

Скалярные поля на решётке развиваются до конца инфляции, чтобы увидеть, как энергия инфлатона передаётся частицам в бурном резонансном всплеске.

Вопрос, на который отвечает: Как вселенная разогревалась после инфляции?

Не учитывает: Классические поля заменяют квантовые флуктуации, а это верно, только пока числа заполнения велики.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно расчёты классических полей на решётке до нескольких тысяч точек на сторону. С: 1996 Классический распад инфлатона, Хлебников и Ткачёв. [источник](https://doi.org/10.1103/physrevlett.77.219)

[Решёточная теория поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-lattice)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Субатомные

### Распространение галактических космических лучей

Заряженные частицы от сверхновых блуждают по Галактике, диффундируя, теряя энергию и вступая в ядерные реакции; так предсказывают, что достигает Земли, и какие гамма-лучи они излучают.

Вопрос, на который отвечает: Как космические лучи диффундируют по Галактике и что они оставляют после себя?

Не учитывает: Магнитное поле и распределение газа в Галактике сглажены, поэтому коэффициенты диффузии подгоняют.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно численное решение уравнения переноса по сетке параметров. С: 1998 Распространение нуклонов космических лучей в Галактике по Стронгу и Москаленко. [источник](https://doi.org/10.1086/306470)

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Дифференцируемая космологическая симуляция

Симуляция роста структуры методом «частицы-сетка», написанная так, что градиенты проходят сквозь неё; начальные условия или параметры можно подгонять прямо под наблюдаемые галактики.

Вопрос, на который отвечает: Какое начальное поле плотности и какая космология воспроизводят галактики, которые мы на самом деле видим?

Не учитывает: Быстрая схема частиц на сетке груба на малых масштабах, поэтому подходит для больших структур, но не для внутренности галактик.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно сотни часов GPU на один подогнанный объём. С: 2020 FlowPM Modi и коллег: распределённый космологический решатель частица-сетка на TensorFlow. [источник](https://arxiv.org/abs/2010.11847)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Выученные эмуляторы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-learned)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Синтетические каталоги и снимки обзоров неба

Макетная вселенная из галактик, звёзд и транзиентов берётся из симуляций, а затем превращается в пиксельные изображения, которые записали бы обзорный телескоп и его конвейер обработки: с шумом, наложением и эффектами прибора.

Вопрос, на который отвечает: Восстановит ли программа обзора истинную космологию по небу, истину о котором мы знаем?

Не учитывает: Смоделированное небо содержит только физику и эффекты приборов, о которых подумали его авторы, поэтому непредвиденные систематические ошибки так и остаются непредвиденными.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно месяцы на нескольких выделениях суперкомпьютера для каталога и изображений. С: 2021 Смоделированный обзор неба DC2 Научной коллаборации LSST по тёмной энергии. [источник](https://doi.org/10.3847/1538-4365/abd62c)

[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)[Стохастические процессы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-stochastic)нижний уровень: Поля

### Симуляция столкновений и слияний галактик

Две галактики рассматривают как диски пробных звёзд, проходящих друг мимо друга под действием тяжести, чтобы показать, как образуются приливные хвосты, мосты и слияния.

Вопрос, на который отвечает: Происходят ли длинные звёздные потоки вокруг некоторых галактик от тесной встречи в прошлом?

Не учитывает: Ранние версии игнорируют гравитацию звёзд друг на друга и на газ, а любое совпадение с настоящей парой — лишь одна из возможных историй.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно от часов до суток на рабочей станции для современного слияния с высоким разрешением. С: 1972 Ограниченные расчёты трёх тел Тумре и Тумре для галактических мостов и хвостов. [источник](https://doi.org/10.1086/151823)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

## Звёзды

### Эволюция звёзд

Звезда как вложенные оболочки газа выжигает своё топливо от рождения до белого карлика, нейтронной звезды или чёрной дыры.

Вопрос, на который отвечает: Как долго живёт звезда такой массы и как она умирает?

Не учитывает: Конвекцию и вращение описывают параметризованными правилами, а не решают турбулентность напрямую.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно ноутбук; полный эволюционный трек занимает минуты. С: 1955 Ранние расчётные модели красных гигантов Hoyle и Schwarzschild.

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Сверхновые с коллапсом ядра

Последняя секунда массивной звезды: ядро схлопывается, нейтрино вырываются наружу, а ударная волна либо разрывает звезду, либо останавливается.

Вопрос, на который отвечает: Какой механизм взрывает массивную звезду?

Не учитывает: Механизм, оживляющий застрявшую ударную волну, ещё не установлен, и модели различаются от звезды к звезде.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно большая доля национального суперкомпьютера, на месяцы. С: 1966 Первые компьютерные модели коллапса ядра Колгейта и Уайта.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)нижний уровень: Поля

### Звёздообразование

Холодные облака газа схлопываются под действием тяжести в скопления звёзд, а турбулентность и магнитные поля сопротивляются.

Вопрос, на который отвечает: Почему звёзды образуются с таким разбросом масс?

Не учитывает: Пока не может разрешить одновременно целое облако и крошечные масштабы, где на самом деле рождается одна звезда.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно университетский или национальный кластер, недели на одно облако. С: 1969 Первый рассчитанный коллапс протозвёздного облака, Larson.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)нижний уровень: Поля

### Колебания звёзд

Звуковые и гравитационные волны, звенящие внутри звезды: их рассчитывают, чтобы предсказать узор мерцаний яркости, который увидел бы телескоп.

Вопрос, на который отвечает: Что колебания звезды говорят о том, что у неё внутри?

Не учитывает: Хорошо определены только внешние слои. Самое ядро по-прежнему вопрос вывода, а не прямого измерения.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно ноутбук; полный спектр колебаний занимает минуты. С: 1975 первые вычисленные модели колебаний, сопоставленные с наблюдаемыми пятиминутными пульсациями Солнца.

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Эволюция двойных звёзд

Две звезды обращаются так близко, что стягивают газ друг у друга, обмениваются массой, сливаются или заканчивают как связанная пара компактных остатков.

Вопрос, на который отвечает: Чем закончит эта пара звёзд: слиянием, уцелевшей парой или источником гравитационных волн?

Не учитывает: Передача массы между двумя звёздами по-прежнему описывается небольшим набором настраиваемых правил, а не выводится из первых принципов.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно ноутбук; популяция двойных систем эволюционирует за минуты. С: 1967 первые вычисленные модели переноса массы между тесными двойными звёздами.

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Атмосферы звёзд и спектры

Свет, выходящий через внешние слои звезды. Его считают с учётом температуры и состава, чтобы предсказать спектр, который записал бы телескоп.

Вопрос, на который отвечает: Из чего состоит эта звезда и насколько горяча её поверхность?

Не учитывает: Предполагает гладкую спокойную атмосферу, тогда как пятна и конвективные ячейки на звезде делают настоящую поверхность шероховатой.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно рабочая станция; часы на моделируемую звезду. С: 1967 первые вычисленные модели атмосфер, сопоставленные с измеренными спектрами звёзд.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Эволюция ароматов нейтрино в сверхновых

Плотный поток нейтрино, покидающий коллапсирующую звезду, прослеживают, пока они рассеиваются друг на друге и меняют аромат; это влияет на взрыв и на рождающиеся элементы.

Вопрос, на который отвечает: Как нейтрино меняют аромат в толпе внутри сверхновой?

Не учитывает: Полная задача слишком велика, чтобы решать её вместе со взрывом, поэтому физику ароматов рассматривают в небольших упрощённых ячейках.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно связанные квантовые кинетические уравнения в нескольких измерениях. С: 2006 Симуляция Дуаня, Фуллера, Карлсона и Цянь когерентного нелинейного превращения ароматов нейтрино в среде сверхновой. [источник](https://doi.org/10.1103/physrevd.74.105014)

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Субатомные

### Моделирование конвекции на поверхности звёзд

Кипящие поверхностные слои звезды рассчитывают в трёх измерениях с излучением, чтобы воспроизвести грануляцию и формы спектральных линий.

Вопрос, на который отвечает: Как выглядит поверхность звезды и как образуются её линии?

Не учитывает: Моделируется лишь тонкий участок, а глубокие слои под ним задаются одномерными звёздными моделями.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно трёхмерная радиационная гидродинамика участка поверхности. С: 1998 Моделирование солнечной грануляции Штейна и Нордлунда. [источник](https://doi.org/10.1086/305678)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Эволюция общей оболочки

Компактная звезда по спирали движется внутри раздутых внешних слоёв своего спутника, сбрасывая газ или сливаясь с ним; гидродинамика показывает, какие тесные двойные системы выживают.

Вопрос, на который отвечает: Выбрасывает ли звезда, движущаяся по спирали, оболочку или сливается с ядром?

Не учитывает: Расчёты длятся намного меньше настоящего события и не могут охладить газ, поэтому конечные расстояния остаются неопределёнными.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно трёхмерные гидродинамические прогоны на несколько орбит. С: 1996 Гидродинамические симуляции систем с общей оболочкой, Rasio и Livio. [источник](https://doi.org/10.1086/177975)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Синтез бинарных популяций

Миллионы двойных звёзд эволюционируют по быстрым правилам передачи массы, приливов и пинков сверхновых, чтобы предсказать, сколько слияний, новых и источников гравитационных волн содержит галактика.

Вопрос, на который отвечает: Сколько двойных систем из чёрных дыр и нейтронных звёзд рождает галактика?

Не учитывает: Быстрые подгоночные формулы заменяют подробные модели звёзд, поэтому редкие исходы зависят от принятых правил.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно миллионы двойных систем, рассчитанных по аналитическим приближениям. С: 2002 Быстрая эволюция двойных звёзд с учётом приливов для популяционных исследований, Hurley, Tout и Pols. [источник](https://doi.org/10.1046/j.1365-8711.2002.05038.x)

[Правила и состояния](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-rules)[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)[Стохастические процессы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-stochastic)нижний уровень: Поля

### Коллапсары и струи гамма-всплесков

Массивная звезда коллапсирует в чёрную дыру и пробивает струёй звёздную оболочку; релятивистская гидродинамика показывает, сможет ли вспышка вырваться наружу.

Вопрос, на который отвечает: Может ли струя от коллапсирующей звезды прорваться наружу и создать гамма-всплеск?

Не учитывает: Запуск струи задан вручную, потому что центральный двигатель слишком мал и быстр, чтобы его можно было отследить вместе с оболочкой.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно от осесимметричной до трёхмерной релятивистской гидродинамики. С: 1999 Симуляции коллапсаров Макфадьена и Вусли для гамма-всплесков и взрывов в несостоявшихся сверхновых. [источник](https://doi.org/10.1086/307790)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Астрохимические сети реакций

Сотни реакций в газовой фазе и на поверхности пылинок, рассчитанные в холодном межзвёздном облаке, чтобы предсказать, какие молекулы образуются и как они убывают, когда начинают конденсироваться звёзды.

Вопрос, на который отвечает: Какие молекулы образуются в холодном облаке и как быстро?

Не учитывает: Многие коэффициенты скорости измерены только при комнатной температуре или угаданы.

Работает на: около 10^8 FLOPS приблизительно жёсткие уравнения скоростей для тысяч видов, дёшево на одно облако. С: 1973 Модель образования и разрушения молекул в плотных межзвёздных облаках, Herbst и Klemperer. [источник](https://doi.org/10.1086/152436)

[Системная динамика](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-system-dynamics)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Молекулы

### Намагниченная межзвёздная турбулентность

Сжимаемый намагниченный газ перемешивают в периодическом ящике, чтобы узнать, как быстро турбулентность теряет энергию; от этого зависит, как быстро облака схлопываются в звёзды.

Вопрос, на который отвечает: Как быстро затухает турбулентность в межзвёздном газе?

Не учитывает: Численная диссипация подменяет настоящую физику малых масштабов, а у ящика нет ни стенок, ни гравитации.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно трёхмерные МГД-прогоны с высоким разрешением. С: 1998 Рассеяние в сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности по Стоуну, Остайкеру и Гэмми. [источник](https://doi.org/10.1086/311718)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

## Планеты и орбиты

### Образование планет

Пыль в диске вокруг молодой звезды слипается в гальку, планетезимали и в конце концов в планеты.

Вопрос, на который отвечает: Как диск пыли превращается в солнечную систему?

Не учитывает: Переход от гальки к планетезимали размером в километры по-прежнему скорее предполагается, чем выводится.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно университетский кластер, от дней до недель на один диск. С: 1978 Первые численные расчёты аккреции планетезималей, выполненные Greenberg и коллегами.

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Тела

### Орбитальная динамика

Планеты тянут друг друга на протяжении миллиардов лет, а астероиды и кометы пролетают между ними.

Вопрос, на который отвечает: Устойчива ли солнечная система и во что-нибудь попадёт этот астероид?

Не учитывает: Хаос означает, что крошечная ошибка округления через достаточно долгое время может перевернуть ответ.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно настольный компьютер; миллиарды лет умещаются в несколько дней. С: 1988 Цифровое оррери Сассмана и Уиздома обнаружило хаос на орбите Плутона.

[Запустить интерактивную модель](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/run#toy-threebody)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Тела

### Атмосферы планет и экзопланет

Климатические модели, адаптированные к другим мирам: другие газы, тяжесть, вращение и свет звезды.

Вопрос, на который отвечает: Могла бы жидкая вода сохраниться на поверхности этой планеты?

Не учитывает: Применяет калиброванные по Земле параметризации облаков и химии к атмосферам, которые могут вести себя совсем иначе.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно университетский кластер, дни на один смоделированный год планеты. С: 1969 Первая модель общей циркуляции Марса, Leovy и Mintz.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Недра планет и динамо

Горячая конвектирующая порода или металл глубоко внутри планеты. Модель показывает, порождается ли магнитное поле и как тепло уходит к поверхности.

Вопрос, на который отвечает: Почему у этой планеты есть магнитное поле, а у другой, похожей по размеру, нет?

Не учитывает: Работает при вязкости и скорости вращения намного мягче, чем в настоящем ядре планеты, а затем масштабируется по допущению.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно национальный кластер, недели на одну модель недр. С: 1995 первые трёхмерные компьютерные модели геодинамо, создающего поле Земли.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Ударное кратерообразование

Астероид или комета ударяет по планете; моделируется всё: от ударной волны в грунте до кратера, обломков и последствий для климата.

Вопрос, на который отвечает: Какого размера будет кратер и какой ущерб нанесёт этот ударник?

Не учитывает: Прочность и внутреннее строение ударника обычно выводят только из его размера и скорости.

Работает на: около 10^14 FLOPS приблизительно рабочая станция или небольшой кластер, часы на сценарий удара. С: 1980 первые гидрокод-симуляции ударных кратеров, вызванные гипотезой вымирания динозавров.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)нижний уровень: Тела

### Обнаружение и характеризация экзопланет

Затемнение или колебание, которое вызвала бы планета в свете своей звезды, вычисляют, чтобы сравнить с данными настоящих телескопов и извлечь её размер и орбиту.

Вопрос, на который отвечает: Это падение яркости действительно планета и если да, то какого она размера?

Не учитывает: Звёздные пятна и звёздная нестабильность могут так точно имитировать сигнал планеты, что обманут автоматический поиск.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно рабочая станция; от минут до часов на сигнал-кандидат. С: 1984 первые вычисленные модели кривых блеска, использованные для планирования первых поисков экзопланет.

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)нижний уровень: Тела

### Симуляции гигантских столкновений

Гидродинамика сглаженных частиц для столкновения двух тел размером с планету: прослеживаются расплав и обломки, из которых может собраться луна.

Вопрос, на который отвечает: Могло ли столкновение молодых планет породить Луну?

Не учитывает: Исходы зависят от уравнения состояния и от предполагаемых начального вращения и угла.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно Миллионы частиц SPH с реалистичными уравнениями состояния С: 2001 Origin of the Moon in a giant impact near the end of Earth's formation (2001) [источник](https://doi.org/10.1038/35089010)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Популяционный синтез планет

Быстрые полуаналитические модели образования планет прогоняют для тысяч смоделированных систем, получая статистическую популяцию, которую сравнивают с обзорами экзопланет.

Вопрос, на который отвечает: Какое сочетание масс и орбит планет предсказывает данная теория образования?

Не учитывает: Каждая система — упрощённая одномерная модель, а не полный гидродинамический расчёт.

Работает на: около 10^14 FLOPS приблизительно Тысячи дешёвых одномерных прогонов диска С: 2004 Toward a deterministic model of planetary formation I (2004) [источник](https://doi.org/10.1086/381724)

[Стохастические процессы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-stochastic)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Восстановление атмосфер экзопланет

Модель атмосферы запускают тысячи раз и сверяют со спектром пропускания или излучения, чтобы вывести температуру и содержание молекул.

Вопрос, на который отвечает: Из чего состоит воздух далёкой планеты?

Не учитывает: Одномерные модели подгоняют под данные ограниченного качества, поэтому вырожденные решения обычны.

Работает на: около 10^12 FLOPS приблизительно миллионы вычислений спектра в байесовском сэмплере. С: 2009 Метод восстановления температуры и состава атмосфер экзопланет, Madhusudhan и Seager. [источник](https://doi.org/10.1088/0004-637x/707/1/24)

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)нижний уровень: Молекулы

### Моделирование климата в обитаемой зоне

Одномерная климатическая модель каменистой планеты на разных расстояниях от звезды: она уравновешивает свет звезды, парниковые газы и облака, чтобы найти, где может сохраняться жидкая вода.

Вопрос, на который отвечает: Как далеко от звезды может быть планета, сохранив жидкую воду?

Не учитывает: Один столбец не может представить облака и контраст дня и ночи, поэтому края зоны сдвигаются трёхмерными моделями.

Работает на: около 10^6 FLOPS приблизительно одномерный радиационно-конвективный столбец, достаточно лёгкий для ноутбука. С: 1993 Обитаемые зоны вокруг звёзд главной последовательности, Kasting, Whitmire и Reynolds. [источник](https://doi.org/10.1006/icar.1993.1010)

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Образование планетезималей через потоковую неустойчивость

Пылевые частицы в газовом диске слипаются в первые тела размером в километр; частицы и газ моделируют, чтобы увидеть, может ли турбулентность сгустить их достаточно для коллапса.

Вопрос, на который отвечает: Как гальки слипаются в первые строительные блоки планет?

Не учитывает: Небольшие ячейки покрывают участок диска, а размеры частиц лежат в узком диапазоне.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно трёхмерные прогоны в локальной расчётной области с сотнями миллионов частиц. С: 2007 Быстрое образование планетезималей в турбулентных околозвёздных дисках, Johansen и коллеги. [источник](https://doi.org/10.1038/nature06086)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Взаимодействие планеты с диском и миграция

Планета, вложенная в газовый диск, из которого она образовалась, тянет за собой спиральный след, который затягивает её внутрь или выталкивает наружу.

Вопрос, на который отвечает: Почему планеты уходят оттуда, где образовались?

Не учитывает: Скорость миграции чувствительна к термодинамике и вязкости диска, которые плохо известны.

Работает на: около 10^14 FLOPS приблизительно гидродинамические расчёты диска на тысячи оборотов. С: 2000 Гидродинамические симуляции миграции системы протопланет, Kley. [источник](https://doi.org/10.1046/j.1365-8711.2000.03495.x)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

## Экстремальная гравитация и космическая плазма

### Слияния чёрных дыр

Уравнения Эйнштейна решаются напрямую, пока две чёрные дыры сближаются по спирали, и получается сигнал гравитационных волн, который ловят детекторы.

Вопрос, на который отвечает: Какую форму волны мы должны увидеть от двух чёрных дыр таких масс?

Не учитывает: Последняя доля секунды перед слиянием по-прежнему требует приближений, которые не разрешает полностью ни один компьютер.

Работает на: около 10^16.5 FLOPS приблизительно большой кластер, недели на одну форму волны. С: 1964 Первое рассчитанное лобовое столкновение двух чёрных дыр, Hahn и Lindquist.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Аккреционные диски и джеты

Намагниченный газ по спирали падает в чёрную дыру, нагревается и запускает струи, которые тянутся на тысячи световых лет.

Вопрос, на который отвечает: Как чёрная дыра светит ярче окружающей галактики?

Не учитывает: Не может одновременно отследить диск до масштаба самой чёрной дыры и более широкую галактику.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно большой кластер, недели на запуск для глобального диска. С: 1991 Симуляции Бальбуса и Хоули, выявившие магнитовращательную неустойчивость.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Космическая погода

Солнечный ветер и выбросы Солнца, бьющие по магнитному полю Земли.

Вопрос, на который отвечает: Повредит ли эта солнечная буря спутникам или электросетям и когда она придёт?

Не учитывает: Предсказывает время прихода извержения с умеренной точностью, а его силу куда хуже.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно кластер национального центра прогнозов, запускается несколько раз в сутки. С: 1978 первые глобальные симуляции магнитной гидродинамики солнечного ветра, бьющего в поле Земли.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)нижний уровень: Поля

### Слияния нейтронных звёзд

Две нейтронные звезды сближаются по спирали и сталкиваются; одновременно прослеживают уравнения Эйнштейна и ядерную физику, чтобы увидеть, какие обломки и какой свет вылетают.

Вопрос, на который отвечает: Образует ли это слияние чёрную дыру, и куёт ли оно тяжёлые элементы, найденные на Земле?

Не учитывает: Ядерная физика такого плотного вещества пока не до конца известна, поэтому состав обломков несёт настоящую неопределённость.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно большая доля национального суперкомпьютера, на недели. С: 1990 первые релятивистские гидродинамические симуляции сталкивающихся нейтронных звёзд.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Магнитосферы пульсаров

Вихревое магнитное поле и плазму вокруг вращающейся нейтронной звезды рассчитывают, чтобы увидеть, как она излучает радиоволны и частицы высоких энергий в космос.

Вопрос, на который отвечает: Почему луч пульсара периодически пересекает линию взгляда и что определяет его форму?

Не учитывает: Плазма прямо у поверхности звезды, где на самом деле формируется пучок, физически по-прежнему плохо изучена.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно университетский кластер, дни на модель магнитосферы. С: 1999 первые глобальные симуляции вращающегося магнитного поля пульсара.

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Недра Солнца и динамо

Горячая плазма конвектирует и вращается внутри Солнца. Модель показывает, как она закручивает магнитное поле в одиннадцатилетний цикл солнечных пятен.

Вопрос, на который отвечает: Почему магнитная активность Солнца растёт и спадает с одиннадцатилетним циклом?

Не учитывает: Пока не может надёжно воспроизвести период и амплитуду цикла без подстройки модели под наблюдаемые значения.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно национальный кластер, недели на один смоделированный цикл. С: 1983 первые трёхмерные симуляции конвекции в недрах Солнца.

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Банки шаблонов гравитационных волн из численной относительности

От сотен до тысяч смоделированных слияний чёрных дыр с разными соотношениями масс и спинами. Они калибруются в модели сигналов, с которыми детекторы сверяют данные.

Вопрос, на который отвечает: Как выглядит сигнал любого слияния чёрных дыр?

Не учитывает: Каталоги разрежены в пространстве параметров, поэтому модели волновых форм между ними — это подгонки, а не симуляции.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно тысячи прогонов слияния, каждый по неделям на кластере. С: 2013 Каталог из 174 симуляций двойных чёрных дыр для гравитационно-волновой астрономии, Mroue и коллеги. [источник](https://doi.org/10.1103/physrevlett.111.241104)

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Конкурсы на тестовых данных для гравитационных волн

Смоделированные данные детектора со множеством внесённых источников и реалистичным шумом проверяют, могут ли конвейеры анализа восстановить скрытые внутри астрофизические сигналы.

Вопрос, на который отвечает: Может ли конвейер анализа найти и измерить каждый источник, скрытый в шуме?

Не учитывает: Шум идеализирован, а популяция внесённых источников предполагается, поэтому сложности настоящих данных отсутствуют.

Работает на: около 10^14 FLOPS приблизительно много длинных потоков данных с тысячами перекрывающихся источников. С: 2006 Mock LISA Data Challenges, первые слепые испытания сообщества для анализа гравитационных волн из космоса. [источник](https://doi.org/10.1063/1.2405108)

[Стохастические процессы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-stochastic)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Правила

### Симуляция магнитосферы магнетара и вспышек

Закрученное магнитное поле вокруг магнитара, нейтронной звезды с самыми сильными из известных полей, прослеживают, пока оно накапливает напряжение, пересоединяется и выпускает вспышки.

Вопрос, на который отвечает: Как скрученное поле нейтронной звезды сбрасывает энергию во вспышке?

Не учитывает: Бессиловое приближение не учитывает инерцию плазмы и рождение пар, которые питают настоящие вспышки.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно релятивистские бессиловые расчёты на кластере. С: 2012 Симуляция скручивающихся и пересоединяющихся магнитосфер магнетаров, Parfrey, Beloborodov и Hui. [источник](https://doi.org/10.1088/2041-8205/754/1/l12)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Тень чёрной дыры и отрисовка её изображения

Лучи света прослеживают в искривлённом пространстве-времени вокруг чёрной дыры и её горячего газа, чтобы предсказать кольцевое изображение, которое увидел бы телескоп.

Вопрос, на который отвечает: Как выглядит светящийся газ вокруг чёрной дыры с Земли?

Не учитывает: Модель газа — догадка на этапе постобработки, поэтому картинка зависит от принятых температур электронов и магнитного поля.

Работает на: около 10^15 FLOPS приблизительно трассировка лучей сквозь тысячи снимков симуляций аккреции. С: 2000 Смоделированное изображение тени чёрной дыры в центре Галактики Фальке, Мелиа и Агола. [источник](https://doi.org/10.1086/312423)

[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Приливное разрушение звёзд чёрными дырами

Звезду разрывает массивная чёрная дыра, её обломки вытягиваются в поток, который падает обратно и вспыхивает; расчёт ведётся методами гидродинамики.

Вопрос, на который отвечает: Какая часть разорванной звезды падает в чёрную дыру и насколько ярка вспышка?

Не учитывает: Излучение, делающее вспышку видимой, описывается лишь приближённо, поэтому кривую блеска выводят, а не моделируют от начала до конца.

Работает на: около 10^16 FLOPS приблизительно прогоны на сглаженных частицах или сетке с общерелятивистским описанием. С: 1989 Гидродинамическая симуляция приливного разрушения звезды массивной чёрной дырой Эванса и Кочанека. [источник](https://doi.org/10.1086/185567)

[Частицы и задача N тел](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-particles)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Перенос излучения в килоновой

Светящееся облако обломков тяжёлых элементов от слияния нейтронных звёзд моделируют с радиоактивным нагревом и переносом излучения, чтобы предсказать его свет и цвет.

Вопрос, на который отвечает: Насколько ярким и красным будет послесвечение слияния нейтронных звёзд?

Не учитывает: Непрозрачности самых тяжёлых элементов опираются на неполные атомные данные и дают основную неопределённость предсказанного цвета.

Работает на: около 10^14 FLOPS приблизительно многомерный перенос излучения методом Монте-Карло с данными об атомной непрозрачности. С: 2010 Модель электромагнитных аналогов, питаемых радиоактивным распадом r-процесса, Metzger и коллеги. [источник](https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x)

[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)нижний уровень: Поля

### Моделирование радиационных поясов

Электроны и протоны высоких энергий, захваченные магнитным полем вокруг планеты. Их движение задают диффузия, впрыск и потери. Нужно, чтобы предсказать опасность для спутников.

Вопрос, на который отвечает: Почему пояса захваченного излучения разбухают и опустошаются во время магнитных бурь?

Не учитывает: Скорости волново-частичной диффузии параметризуют по ограниченным измерениям, и это главный источник ошибки.

Работает на: около 10^13 FLOPS приблизительно трёхмерные прогоны диффузии на интервалах штормов. С: 1995 Трёхмерная модель радиационного пояса электронов Бётье и Бошера. [источник](https://doi.org/10.1029/94ja03066)

[Непрерывные поля](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-continuum)[Дифференциальные уравнения](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-equations)нижний уровень: Поля

### Нейронный вывод для гравитационных волн

Нейронную сеть обучают на миллионах смоделированных сигналов слияний на искусственном шуме детектора, чтобы она почти мгновенно выдавала вероятные массы, спины и расстояние для нового события.

Вопрос, на который отвечает: Можно ли за секунды вывести свойства слияния чёрных дыр достаточно рано, чтобы навести на них телескопы?

Не учитывает: Она хороша ровно настолько, насколько хороши модель сигнала и шум, на которых обучалась, а необычные сигналы могут выйти за пределы выученного.

Работает на: около 10^17 FLOPS приблизительно недели обучения на GPU по смоделированным сигналам. С: 2021 Нейронная апостериорная оценка Дакса с коллегами для событий гравитационных волн. [источник](https://arxiv.org/abs/2106.12594)

[Выученные эмуляторы](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-learned)[Монте-Карло](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/methods#m-monte-carlo)нижний уровень: Поля

[◂ Фундаментальная физика](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/fundamental-physics)[Земля и климат ▸](https://simulation-hypothesis.com/ru/simulations/earth-climate)