电脑模拟中的世界

（文 / 熊康）

黑洞向人们展示了重力作用下的弯曲空间

电脑模拟龙卷风的生成

电脑模拟发动机中的燃烧

一颗彗星以不可思议的巨大冲击力坠入大西洋，激起一百米高的滔天巨浪。波涛冲击着北美和欧洲沿岸的低地，飓风在空中怒吼，天空变得低沉而阴暗。在此过程中，约有500立方公里的水蒸发掉了，够了，这足以让气温降低几度，世界气候将因此改变。这一类似世界末日的场面发生在一部名为ASCIRed的电脑屏幕上。这部目前世界上运行最快的电脑矗立在美国新墨西哥州阿尔布开克市的桑迪亚国家试验室，此次模拟直径一公里的彗星坠入大洋是它的第一项计算任务。

电脑模拟技术已迅速发展为科学家和工程师们的重要工具，它成了科学工作的第三根支柱。在试验不可能现实进行，试验过程过于危险或耗资过大时，电脑就有了用武之地。超级电脑对现实世界的模拟几可乱真。原子弹爆炸、空间黑洞、宇宙中的银河系、未来气候变化，一切都在屏幕的方寸之间得到生动展示。以前，一些复杂的演变过程只能被简化成两维的模式加以运算，今天，高功率电脑不仅可以进行三维的立体模拟，甚至还介入了时间的洪流，正朝着四维的世界进发。

“在超级电脑辅助下，许多研究领域都将获得重大突破”，曼海姆大学的信息学教授汉斯·维尔纳一莫伊(HansWerner-Meuer)如是说。专家为此列出了10个专门领域：1.气候模型塑造：温室气体会使地球变得多暖？2.气流研究：电脑模拟将取代风道。3.有害物质传播：有害物质的传播路径将有据可查。4.基因研究：电脑将加速遗传牲的分类索引。5.洋流研究：电脑可对洋流与气候的相互影响进行分析。6.粒子物理：模拟技术将解释物质的构成。7.半导体研究：物理学家希望借助模拟技术设计出更小型的开关电路。8.超导材料：开发可在室温下工作的超导材料。9.模拟燃烧：发动机里复杂的燃烧过程非今天的电脑所能解释清楚。10.人工智能：机器人将获得类似人的智能。

每过半年的时间，莫伊便要发表一份世界500部运行最快电脑的排名表。个人电脑一秒钟可做一亿次运算，而试验室中超级电脑的运算速度是个人电脑的1000多倍。在莫伊的排行榜上，目前当之无愧的冠军是英特尔公司研制的ASCIRed。这部电脑价值5500万美元，人称“杰纳斯”，这是罗马神话中天门神的名字。天门神杰纳斯头部前后各有一张面孔，电脑杰纳斯同样也有两张“脸”：除了模拟汽车轮胎磨损、彗星坠落这些民用项目外，它还兼为军事服务，模拟核聚变反应和核爆炸，研制核弹头。被卡斯帕罗夫视为“智能象征”的IBM电脑“深蓝”仅排名第260位。

今日超级电脑的运算速度已接近光速，运算过程被分解成许多小步骤，运算次数依题目的复杂程度呈指数增长，在这种情况下，改进算法比提高电脑功率更重要。一次模拟过程往往要持续好几天甚至几周的时间，要是必须改动参变量的话，电脑就得嗡嗡响上好几个月才能算出结果。不过这仍算快捷，而且在对新车型进行碰撞试验时，电脑模拟要比搭进去大量的车皮廉价得多。

蒙比利埃CIRAD研究中心的克利斯托弗·乔丹在电脑空间的种植园里模拟了棕榈树根的生长过程，目的在于了解它对氧气、水分和肥料的需求状况，把浇水、施肥频率和树间距调整到最佳状态。树根在电脑中纵深延展，5个月后分了许多叉，深入地下70厘米，12个月后，原本锥状的根长成了球形，扎入地下1.1米处。

有朝一日，电脑甚至能模拟人的行为。华盛顿布鲁金斯基金会的罗伯特·阿克斯特尔和乔舒亚·爱泼斯坦在这方面取得了进展。他们通过对人类社会结构的简单模拟，再现了经济领域的基本原则。两人在电脑空间里设置了一些虚构的人物，让他们生活在一个原始部族共同体中。这些人在那里繁衍生息，做着交易，建了公司商号，生病死亡，再把遗产传给后代。尤其值得一提的是，每个人都有自己的独特嗜好，而且这些嗜好会随着他们生命的推移慢慢改变。从满足于获得基本的生活必需品到追逐奢华，电脑空间人物再现了现实中文明的演进过程。这一模拟过程还告诉人们，继承了大笔遗产的人往往会变得懒惰，财富的分配会日趋不公，众多穷人与少数富人形成对峙。

有时候，模拟任务的复杂程度甚至会超出超级电脑的运算能力，尤其是在人的因素占据上锋时。例如人对利益的追逐。经济学家安东尼·鲍尔对与二氧化碳税有关的9次模拟试验进行了比较，得出的结论令人吃惊：电脑根本算不出来，征税措施到底使世界上的二氧化碳排放量下降了多少。

电脑的运算能力提高了，可人们对它的要求更高。气象学家希望能把天气预报做得更准，但要想让预报准确度翻一番，电脑就须花上20倍到100倍的运算时间。有些任务连目前世界上体积最大的电脑都无法完成。专家期望，到2015年超级电脑的运算能力能再提高1000倍，超导材料辅助下的显微处理程序可以解释气候变暖问题，全息摄影的3D存储器能够储存大量的天文数据。这种电脑成本比ASCIRed高出一千倍，目前情况下，就连比尔·盖茨也支付不起。 电脑