Ранняя Вселенная напоминала не спокойный пруд, а бурлящий котёл. Вещество в ней текло, сталкивалось, завихрялось — и всё это на фоне стремительного расширения самого пространства. Чтобы понять, как из этой горячей каши родились звёзды и галактики, физики строят цифровые симуляции.
Новая работа — третья часть серии о методах решёточного моделирования космоса. Первые две были посвящены полям, а эта — жидкостям. Авторы шаг за шагом разбирают, как перевести законы течения жидкости на язык компьютерной решётки, когда сама сцена — расширяющаяся Вселенная — не стоит на месте. Они рассматривают четыре сценария: идеальную жидкость без трения, вязкую жидкость, жидкость, смешанную с другими полями, и жидкость, которая обменивается энергией со скалярными полями (полями, у которых в каждой точке пространства есть всего одно число).
Главная инженерная победа — алгоритмы, которые не теряют точности при расширении пространства. Они сохраняют симметрии теории до машинной точности, а это критично, когда считаешь, например, рождение гравитационных волн. Такие волны — рябь на ткани пространства-времени — должны были возникнуть от бурных процессов в ранней Вселенной, и теперь их можно будет рассчитать честно, с учётом всех жидкостных эффектов.
Так цифровой котёл становится всё более реалистичным. Учёные смогут заглянуть в те эпохи, когда Вселенной было меньше секунды от роду, и увидеть, как первые потоки материи оставляли следы, долетевшие до наших детекторов сегодня.
В ранней Вселенной вещество было настолько горячим и плотным, что даже нейтроны и протоны не могли существовать — всё было «супом» из кварков и глюонов, который тёк почти без трения.