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宇宙有138亿年历史 人类才200万年 我们是否被外星人观察着

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-12

科学界长期以来一直困惑着一个问题:宇宙中是否存在外星文明?从概率的角度来看,外星文明的存在是肯定的。

银河系中有着数百亿颗恒星,可观测的宇宙中有着数万亿个星系。

即使外星生命的存在概率只有百万分之一甚至亿万分之一,整个宇宙中的外星文明数量也会超过地球上的人口总量。

天文学家认为,人类还没有找到外星文明是因为我们目前的探测技术还相对落后。

即使是哈勃望远镜和韦伯望远镜也无法拍摄到距离我们4.22光年的比邻星,更不用说更遥远的星球上可能存在的外星文明了。

除了观测条件的限制,还有一个更重要的原因妨碍着我们对外星文明的探索,那就是大过滤器理论。

大过滤器理论旨在解释宇宙中智慧文明数量的计算。

这个理论认为,包括人类文明在内的智慧文明在发展科技的过程中都会面临许多风险和挑战,例如小行星的撞击、附近超新星的爆发、流浪黑洞,甚至是文明内部的战争。

这些因素都可能导致智慧文明在宇宙中的消亡。

根据目前的大过滤器模型,若想让宇宙中的智慧文明被其他文明发现,首先必须具备扩张的天性和相应的技术。

例如,人类文明目前具备了扩张的天性,但技术尚不足够发现其他外星文明。

只有那些能够快速扩张的文明才有可能被我们找到。

至于那些低技术水平的文明,由于它们的技术还不足以在宇宙中留下痕迹,因此我们无法发现它们的存在,更别说了解它们了。

从理论上来说,目前我们能够发现的外星文明,它们的科技历史至少要超过人类文明一万年,甚至更久。

这意味着它们的产生时间必须处于宇宙大爆炸之初,只有这样才有足够的时间进行逐渐的演化,从简单到复杂。

当前宇宙的年龄约为138.2亿年,银河系的历史已经超过100亿年,太阳系和地球的历史为46亿年,地球上的生命已经存在了38亿年。

这些数字意味着人类文明可能是宇宙中相对较晚出现的文明。

在人类诞生之前,宇宙中可能已经发生了高级文明之间的交流和联盟。

甚至有可能现阶段的太阳系和附近的恒星系是宇宙高级文明联盟设立的低级文明保护区。

在现今的地球上,一些非洲地区和一些与世隔绝的小岛上的部落被隔离在自然保护区内,没有被引导进入现代社会。

而人类文明在太阳系中的情况则很可能是地球的自然保护区在宇宙中的版本。

在某种程度上来看,如果太阳系真的是一个动物园或低级文明的保护区,那么我们找不到外星文明就很正常了。

毕竟,外星文明既然能建立隔离区,自然也能够隐藏自己,就像地球上野生动物保护区内的动物一样,它们并不知道人类摄影师在看不见的地方观察着它们。

因此,在费米悖论的多种解释中,人类文明被外星文明隔离并偷偷观察着确实是一个可能的答案。

如果事实真的如此,也许在几百年或几千年后,当人类文明的科技发展达到新的高度时,外星文明可能会主动出现。

虽然我们对外星文明的存在与否仍然没有确凿的证据,但这个问题一直激发着科学家的好奇心和探索欲望。

通过不断提升技术和扩大观测范围,我们或许有望在未来揭开宇宙中外星文明的神秘面纱。

无论结果如何,这个问题的探索将继续推动科学的进步,拓展我们对宇宙的认知。

量子信息+熵,能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律,也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。

人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。

可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。

而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。

在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项,而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。

宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。

若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质!百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称,该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机,完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。

图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。

因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源:科技日报