天空缺失之谜揭开，科学重绘浩瀚苍穹
## 一个巨大的天空区域已经消失，无法被看到。
这里有着人类重新获得天空的科学原理
我们银河系自身的尘埃遮挡了关键天区，但红外天文观测正助力揭开这一谜团。
一个由AKARI空间望远镜拍摄的红外全天空视图。
银河系是图像中横贯而过的明亮带状物。
CreditJAXA
自威廉赫歇尔以来，天文学家就一直在努力解决身处银河系内部却要研究银河系本身的难题。
赫歇尔在绘制银河系地图时，被银盘中的尘埃所误导，这些尘埃遮挡了遥远恒星的光线。
这使得太阳看起来位于银河系扁平圆盘的中心，而实际上它位于圆盘边缘。
AKARI空间望远镜拍摄的红外全天空图像。
银河系是横贯整幅图像的明亮带状结构。
图片来源：JAXA
当他儿子约翰赫歇尔绘制星云在天空中的位置时，形成了至今仍在使用的NGC星表，即新总目录。
人们很快发现，几乎五分之一的天空区域缺失了天体，大片区域空无一物。
这个区域被称为避让区，是19世纪著名的科普作家理查德普罗克特提出的富有想象力的术语。
它沿着天空中的银河带延伸，我们的银河系在此区域遮蔽了任何遥远的天体。
回避带在随后的一个世纪里被逐渐揭开。
射电天文学家能够提供帮助，而目前所见的大多数银河系重构图像，均基于他们的观测数据进行推演。
但红外线也是如此，这种波长可以轻松穿透尘埃。
更奇妙的科学
我们如何了解自己所在的银河系的外观，尽管身处其中 银河系的年龄以及我们是如何得知的 银河系将与邻近星系发生碰撞
艺术家对银河系的印象图，基于欧洲航天局盖亚太空望远镜的数据。
信用：ESAGaiaDPAC，StefanPayneWardenaar
银河系一部分的无线电和红外图像。
新生恒星发出的辐射加热了宇宙尘埃，使其在红外波段发出紫光，而这些恒星发出的紫外光则在无线电波段产生红光。
版权：NRAOAUINSF
我们知道，从以前的观察和对银河系运动的分析来看，必须存在星系团在消光区。
一个被称为巨引源的天体结构似乎正通过引力作用牵引着我们，并对银河系及其邻近星系的运动产生重要影响。
为了揭示这一神秘区域，由阿根廷圣胡安国立大学的DanielaGaldeano领导的作者们，使用了在智利阿塔卡马沙漠与更大的VLT共享地点的小型巡天望远镜VISTA进行的深度红外巡天数据。
可见光和红外巡天望远镜（VISTA）。
图片来源：欧洲南方天文台
VISTA不断重复观测同一片天空以寻找变星，但这些图像也可叠加起来，实现对红外天空的深度覆盖。
这些观测在仅相当于满月面积五分之一的天区中，发现了58个可能的星系。
使用8.1米的Gemini南方天文台望远镜对其中五个目标进行了后续观测，证实这些在VISTA图像中呈现的斑块确实是星系，它们构成一个距离约25亿光年的星系团。
这些似乎是完全正常的星系，平均质量略大于银河系，且大多正处于开始停止恒星形成的阶段。
这一发现可能是由于选择方法所致的假象。
艺术家对银河系的想象图。
图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、钱德拉X射线天文台（CXC）、史密森尼天体物理中心（SAO）、M.Weiss
停止恒星形成的星系，由于缺乏年轻、大质量、蓝色恒星的光芒，呈现红色，因此更可能被红外线波段的巡天观测所探测到。
质量更大的星系似乎也率先达到这一阶段，但由于还有许多候选星系尚未被观测，我们可能正面对一个规模可观的星系团。
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如下： abstract 我们presentnewevidenceforanewstructurebehindtheMilkyWay,whichwetermthe"cosmicweb."Thisstructureisacomplex,threedimensionalnetworkofmatterthat(perpendiculartotheplaneoftheMilkyWayandextendsbeyonditintothecosmicweb.WehaveuseddatafromtheVera6surveytomapthedistributionofmatterinthecosmicwebandfoundthatitiscomposedoffilamentsandsheetsofmatterthatintersectandformacomplexpattern.ThisstructureprovidesanewperspectiveonthelargescalestructureoftheuniverseandmayhelpusbetterunderstandtheformationandevolutionoftheMilkyWay. translation 我们presentnewevidenceforanewstructurebehindtheMilkyWay,whichwetermthe"cosmicweb."Thisstructureisacomplex,threedimensionalnetworkofmatterthatisperpendiculartotheplaneoftheMilkyWayandextendsbeyonditintothecosmicweb.WehaveuseddatafromtheVera6surveytomapthedistributionofmatterinthecosmicwebandfoundthatitiscomposedoffilamentsandsheetsofmatterthatintersectandformacomplexpattern.ThisstructureprovidesanewperspectiveonthelargescalestructureoftheuniverseandmayhelpusbetterunderstandtheformationandevolutionoftheMilkyWay. note这段文字没有出现过时多久的日期，因此不需要进行调整。
BY: Chris Lintott
FY: AI
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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
