外星人是否存在？科学家畅谈宇宙探索的成就和未来

中国日报11月8日电（记者 闫东洁）在浩瀚的宇宙中，是否存在着和我们一样的生命？人们总对寻求其他宜居地充满了幻想。

事实上，关于地外行星和地外生命的探索在现实中真实存在。

2019年诺贝尔物理学奖得主、剑桥大学卡文迪许实验室物理学教授、日内瓦大学物理学教授迪迪埃·奎洛兹（Didier QUELOZ）曾共同发现了第一个环绕类太阳恒星飞马座51的行星飞马座51b，被誉为"天体物理学系外行星革命的起源"。

在11月7日举行的世界顶尖科学家天文分论坛上，作为"起源联盟"（Origins Federation）的负责人，他表示目前还没有看到地球一样的星体。

"中国在部署相应战略，以探寻外部生物的可能性。

对系外星系进行探测，需要非常大的天文望远镜。

"对此，他建议人们在凌日期间，对系外行星和系外恒星做精准观测。

同样探索地外行星，中国科学院上海天文台研究员、讲席教授葛健就是"地球2.0"科学卫星背景型号研究项目创始人和首席科学家。

他曾是科幻片《星际迷航》中的瓦肯星（Vulcan）系外行星的发现者。

本次论坛，他介绍了人类寻找地外生命的历史，并分享了对地球2.0项目的预期——探测到约5000颗地球大小的行星，其中包括约10 颗"地球 2.0"。

科学家们还介绍了许多科学大装置、大计划，以"科学引领天文变革——望穿星海，探秘宇宙"为主题，论坛对人类的天文探索作了深刻、全面的探讨。

"我们已经获得了两万个天文光谱，并且积累超过九百万颗行星的金字塔目录。

而SKA项目已作为国家项目得到了支持。

"中国科学院院士、中国科学院副院长、中国科学院国家天文台台长、"悟空"号暗物质粒子探测卫星首席科学家常进为中国的天文科研进展做了综述，这也成为了观众探索天文论坛前沿内容的一页摘要。

"中国天眼"（FAST）首席科学家李菂利用无线传感器和计算探索外星人。

他表示，在FAST完成以后，他们利用网络更进一步的搜索。

除了外星人，可能还会有一些其他的发现。

美国空间望远镜科学研究所名誉主任罗伯特·威廉姆斯（Robert WILLIAMS）整个研究生涯与哈勃太空望远镜有着密切联系，他对中国巡天项目评价颇高。

"尽管巡天所能看到的深度不及哈勃望远镜或詹姆斯·韦布空间望远镜，但它在帮助我们更好理解暗物质属性上，可能比后者好200倍。

"

2011年诺贝尔物理学奖得主、约翰霍普金斯大学杰出物理与天文学冠名教授亚当·里斯（Adam RIESS）和中国科学院上海天文台研究员、讲席教授葛健作为论坛联合主席，希望通过本场论坛促进全球天文领域的交流合作。

葛健教授表示："论坛将聚焦在国际空间天文科学计划和工程的最近进展与成果，跟随世界顶尖科学家的视角共同探索恒星和宇宙的奥秘，共同描绘人类探索未知和揭秘宇宙的未来途径。

"

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