<p>2021 年底，正在化學(xué)系休假的Salvatore Torquato跨過過道，邀請了高等研究院的一位年輕天體物理學(xué)家，將統(tǒng)計力學(xué)的工具應(yīng)用到他自己關(guān)于星系分布的工作中。</p> <p><br />天體物理學(xué)家Oliver Philcox對此很感興趣，他現(xiàn)在是西蒙斯基金會的博士后。隨后進行了長達(dá)一年的合作。</p> <p><br />他們不同尋常的伙伴關(guān)系的核心問題很簡單：Torquato 在他的整個職業(yè)生涯中使用的統(tǒng)計描述符能否在宇宙學(xué)等不太可能的地方找到應(yīng)用，它們能否準(zhǔn)確地描述星系分布的復(fù)雜性？兩個問題的答案：是的。</p> <p><br />他們的合作本周在Physical Review X上發(fā)表了一篇論文&ldquo;The Disordered Heterogeneous Universe: Galaxy Distribution and Clustering Across Length Scales&rdquo;。在其中，研究人員證明他們可以從一些更常用于對材料微觀結(jié)構(gòu)進行分類的描述符中發(fā)現(xiàn)有關(guān)星系空間分布的有用信息。</p> <p><br />天體物理學(xué)家長期以來一直通過物理宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)工具探索有關(guān)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的問題。Torquato 和 Philcox 所做的是提供證據(jù)，證明一組新的描述符可用于表征跨長度尺度的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，從原子尺度到宇宙中最大尺度&hellip;&hellip;包括宇宙。</p> <p><br />Torquato 使用&ldquo;動物學(xué)&rdquo;一詞來概括他在工作中使用的一系列理論和計算技術(shù)。他的意思是：應(yīng)用描述復(fù)雜材料微觀結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計描述符來確定它們在宏觀尺度上的物理和化學(xué)性質(zhì)。</p> <p><br />Torquato 和 Philcox 在最大規(guī)模上應(yīng)用這些技術(shù)來定位相似性，將星系視為由類似于材料中的粒子的單個點組成的云。</p> <p><br />&ldquo;所以，好吧，我有兩個空間區(qū)域：它可以是星系，然后是星系外的一切。除其他外，你可以用類似于研究材料結(jié)構(gòu)的方式來研究星系之間的空穴，&rdquo;理論化學(xué)家、劉易斯伯納德自然科學(xué)教授、化學(xué)教授和普林斯頓材料研究所。</p> <p><br />&ldquo;如果我說，我想在星系之間放一個不接觸任何星系的球，我需要多大的球？您可以將該統(tǒng)計問題應(yīng)用于任何復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，無論是星系的分布還是原子的分布。這就是它的美妙之處。</p> <p><br />&ldquo;有趣的是，&rdquo;他補充說，&ldquo;宇宙的獨特結(jié)構(gòu)為確定更好的描述陸地物質(zhì)的描述符提供了新的挑戰(zhàn)。&rdquo;</p> <p><br />Oliver Philcox，以前是普林斯頓天體物理科學(xué)系的研究生，現(xiàn)在是西蒙斯基金會的博士后。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1679755606768/1679755606768.jpg" width="640" height="696" /></p> <p><br />照片由奧利弗&middot;菲爾考克斯提供</p> <p><br />Philcox 曾是普林斯頓天體物理科學(xué)系的一名研究生，&nbsp;他接受了這種&ldquo;動物學(xué)&rdquo;來擴大自己的工具箱。一個關(guān)鍵的例子是他對配對連通性函數(shù)的使用，Philcox 將其定義為一種通過查看點對的分布來表征材料的特定方法。&nbsp;</p> <p><br />Philcox 說：&ldquo;與 Sal 一起深入研究動物學(xué)肯定會導(dǎo)致材料科學(xué)中使用的一些有趣的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)可以用于宇宙學(xué)，但還沒有，配對連接函數(shù)是最值得注意的一個。&rdquo;&nbsp;&ldquo;傳統(tǒng)的宇宙學(xué)統(tǒng)計回答了這樣一個問題：如果我隨機選擇兩個點，它們之間的間隔概率是多少？</p> <p><br />&ldquo;配對連接函數(shù)做類似的事情，但包括拓?fù)湫畔?。從本質(zhì)上講，它將材料中的粒子組合成相互連接的結(jié)構(gòu)，然后查看該結(jié)構(gòu)內(nèi)兩點之間的分離分布，而不是全局分布。&rdquo;</p> <p><br />使用這個和其他函數(shù)，研究人員能夠生成數(shù)字表，作為跨長度尺度的有序或無序的度量。當(dāng)應(yīng)用于星系之間的空間關(guān)系問題時，這些工具強調(diào)了一種相關(guān)的無序&mdash;&mdash;一種&ldquo;絕對&rdquo;不是隨機的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特性。</p> <p><br />&ldquo;在宇宙的結(jié)構(gòu)中有大量的詳細(xì)信息，所以我們問，是否有減少的信息，你可以通過這些統(tǒng)計工具以智能的方式提取&mdash;&mdash;顯著的、減少的信息&mdash;&mdash;然后基本上可以重現(xiàn)所有這些信息細(xì)節(jié)？&rdquo;&nbsp;Torquato 說。</p> <p><br />&ldquo;我們提出的關(guān)于大尺度結(jié)構(gòu)的問題與宇宙學(xué)家一直使用更多標(biāo)準(zhǔn)描述符提出的問題完全相同：我們?nèi)绾蚊枋鲞@種結(jié)構(gòu)；我們?nèi)绾蚊枋鏊晃覀內(nèi)绾瘟炕?；就物理學(xué)而言，我們能從中得到什么，&rdquo;他補充道。&ldquo;我們只是在使用一些新的理論工具來做到這一點。&rdquo;</p> <p><br />Philcox 補充說：&ldquo;我認(rèn)為這是一個重要的信息，即有一些概念上非常簡單的工具可以讓我們提取關(guān)于宇宙的新信息，特別是關(guān)于它的聚類，這與已經(jīng)使用的東西完全正交。我們很高興看到這些如何在實踐中使用。&rdquo;</p> <p><br />Oliver HE Philcox 和 Salvatore Torquato 的&ldquo;無序異質(zhì)宇宙：星系在長度尺度上的分布和聚類&rdquo;出現(xiàn)在 3 月 14 日的 Physical Review X (DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011038) 上。該研究得到了&nbsp;西蒙斯學(xué)會、高級研究所和普林斯頓計算研究中心的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>