大家一定听过这一如梦如幻的人间仙境,之前在不少地区就有人说在天空中看到这一奇景,随之也引发了很多人的思考。

海市蜃楼是如何形成的,真的存在于地球上吗?如果地球上有那么宇宙上也一样会出现吧~~接下来为大家揭秘海市蜃楼是怎么形成的以及宇宙上究竟有没有海市蜃楼!
海市蜃楼( hǎi shì shèn lóu )
海市蜃楼又称之为蜃景,比喻虚幻根本不存在的东西。
我们偶尔会在海面、江面、沙漠、戈壁或者雪原上看到空中以及地面看到很壮观的大楼大厦等虚幻的景象,在我国山东蓬莱海面上时常会出现这种景象。
海市蜃楼是一种因为光的折射和全反射而形成的自然现象,是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。
其本质是一种光学现象。
海市蜃楼的出现与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。
其特点是同一地点重复出现和出现的时间一致。
海市蜃楼会使一个人很难辨别远处的物体,同时也会使远处视野的轮廓变得模糊不清,你感觉好像被一片水包围着,而那片区域高出来的部分看上去就像水中的“岛屿”。
海市蜃楼还会使你识别目标、估计射程、发现人员等变得十分困难。
海市蜃楼的种类很多:根据它出现的位置相对于原物的方位,可以分为上蜃、下蜃和侧蜃;根据它与原物的对称关系,可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃;根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等等。
宇宙中有海市蜃楼吗?

海市蜃楼是由于空气的折射现象产生的,宇宙中没有空气,所以不存在出现海市蜃楼的情况。
据探究,所谓“海市蜃楼”是光线在不均匀的流动的大气层中传播过程中,由不同密度的空气间折射、反射而形成的一种“虚像”,也就是“海市蜃楼”的存在依赖在光在不均匀介质中的传播才可能发生。
宇宙真空中没有“不均匀的光传播介质”,所以不会出现“海市蜃楼”的现象。
定性分析地说,地球上有的现象,在别的星球也应该有。
由于海市蜃楼需要云、雾、尘这样的气象环境,因此,宇宙中至少需要有类似的基础条件才能出现“宇宙专属”的海市蜃楼。
如果不属于类似现象产生的,可能就不应该被称作“海市蜃楼”了。
海市蜃楼是空气密度不同导致的折射现象,如果宇宙中要出现海市蜃楼,那么必须全宇宙都被笼罩在一个物体里面,并且密度要有高低不同的变化。
并且,海市蜃楼能看到远处的景象本身是针对球状体而言的,如果一眼就能看到某片区域的话,海市蜃楼没有任何意义。
如果宇宙中出现海市蜃楼,人类会被骗的很惨。
想象一间屋子,四面八方都是镜子,镜子做工精良,反射率几乎100%,人眼感觉不到镜子的存在。
光线在镜子之间不停的来回反射,我们看到的都是镜子反射的虚像,虽然这间屋子很小,但在任意方向都看不到边际。
一年之后,我们还能通过天文望远镜观测到”一光年“之外的景象,这一切只不过发生在几十平米的小屋子里。

幸运的是,宇宙用这种海市蜃楼欺骗我们的概率很小,在宇宙中,我们还可以借助万有引力以及其他信息来检测观测结果,比如银河系的全貌是一个扁平的盘状星系,并且围绕着中心像车轮一样旋转。
如此和谐、遵守万有引力定律的星系,几乎不可能是虚像形成的海市蜃楼。
另外,如果光线第二次到达地球,也不大可能被我们观测到。
在天文观测中,光线的有效性比光线的强弱更重要。
只要有微弱的光,就可以通过增加曝光的时间获得图像,但是如果光线是无效的就无法获得成像,而被强光覆盖的光线就是无效的。
宇宙不是镜子屋中做工精良的镜子,绕宇宙一圈第二次到达地球的光线会大幅减弱,完全被第一次到达地球的光线所覆盖。
这就相当于人眼能在晚上看到2公里外点燃的火柴,在大白天里,一百米也看不到。
海市蜃楼的内在实质
自古以来,蜃景就为世人所关注。
在西方神话中,蜃景被描绘成魔鬼的化身,是死亡和不幸的凶兆。
我国古代则把蜃景看成是仙境,、曾率人前往蓬莱寻访仙境,还多次派人去蓬莱寻求灵丹妙药。
现代科学已经对大多数蜃景作出了正确解释,认为蜃景是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像,所谓蜃景就是光学幻景。
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.
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