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元宇宙是什么?在未来可能改变世界的5个新兴技术

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-09-16

有时候,技术的进步在我们看来,就好像魔法一般令人感到不可思议。

这让我们对于未来有了更多的期盼和幻想。

今天,杰瑞带来了,可改变世界的5个新兴技术。

数字模拟脸部技术

你或许在社交媒体应用程序或特效和电影中看到过一种有趣的技术,人们可以将世界上的任何人复制成他们从未真正参与过电影制作的视频或照片。

十年前,已故演员保罗·沃克沃斯在《速度与激情7》中扮演的角色就通过该技术得以复活。

这是一部他生前制作的电影。

如今的深度伪造技术可以更快地合成图像和视频。

人们甚至可以通过一些手机应用程序来即时合成图像和视频,这就是为什么人们对深度伪造技术越来越不安的原因。

该技术的进步有可能创造从未发生过的场景。

一些名人发现他们莫名其妙成为成人电影里的角色,而政客们在视频中出现,说了一些他们从未说过的话。

考虑到其危害性,很多社交媒体平台已经禁止了这种技术和视频。

除了视频的模拟和伪造,音频模拟技术也变得越来越强大。

想象一下,如果未来克隆人技术真的成熟存在,再配合各种模拟技术,克隆人直接取代真人可能会成为现实,这对人类来说无疑是一场灾难。

声波灭火器

扑灭森林火灾可能是一个巨大的挑战,而且它们通常位于偏远地区,那里难以到达或几乎找不到水。

有两名工程专业的学生为他们的高级设计项目制作了一个声学灭火器,可使用声波来平息火焰。

声波灭火器的工作原理是使用声波将氧气从火源中推离,并将其扩散到一个大的表面积。

这些动作打破了由热燃料和氧气组成的火燃烧三角形,也就是火灾燃烧所需的的三个要素。

声波灭火器使用低频基熄灭火焰,而不依赖于水或化学品。

该设计已经获得了初步专利申请。

研究人员希望进一步测试和改进他们的灭火器,使其在未来可以真正商用。

在美国,大约90%的野火都是由人类引起的,有些是人为纵火引起的,但大多数属于无意。

而在未来,声波灭火器将成为一种快速处理火灾的有效方法。

元宇宙

今年元宇宙突然大火了起来,简而言之,它的意思是,如果当代互联网体验是二维的,你在屏幕上浏览和滚动它,元宇宙就是三维的,你可以通过连接的耳机或眼镜浏览它,并理解元宇宙的复杂,而它并不完全存在。

目前尚不清楚是否会有一个或多个元宇宙,但它将是下一代让人身临其境的互联网版本,可能由虚拟或增强现实技术呈现。

风险资本家马修·鲍尔将元宇宙描述为移动互联网的一个继承状态,是人类休闲劳动和生存的平台。

在其他情况下,虚拟世界会模仿现实世界的空间限制和土地稀缺性,它只是意味着为一个特定的游戏或一个特殊的时间敏感的事件共享特别创造的空间,但如果专家们有他们的想法,他们可以创造出更多不可思议的世界。

想象一下,如果有一个完全在元宇宙里办公的公司,这是多么神奇的一件事情。

量子计算机

2019年,谷歌发布了重大公告,宣布其名为sycamore的量子计算机已经实现了量子霸权,量子计算机可以比传统计算机更快地完成任务,它在三分钟内能解决普通计算机一万年才能解决的问题。

数十年来,科学家们试图利用亚原子粒子的行为,这些粒子可以同时以不同的状态存在,与人们感知的实际世界形成对比。

事实上,这些粒子一次可以存在于多个状态,正是这种能力,量子计算机利用了比特的优势,取代了传统计算机使用的比特,量子计算机使用被称为量子比特的东西,这意味着使用量子比特的计算机可以存储大量的信息,并且比传统计算机使用更少的能量。

经典计算机的传统物理定律不再适用于此,我们将能够创造出比我们今天使用的处理器快上百万倍或更多倍的处理器。

因此,世界上一些最有影响力的公司正在投资量子计算技术。

活体机器人

一个由生物学家和计算机科学家组成的团队,从青蛙细胞中创造了新型的微型自愈生物机器,并以非洲爪蟾命名为xenobots。

这些机器的宽度小于1 毫米,可以在人体内行走和游动。

它们可以在没有食物的情况下存活数周,并且可以集体工作。

研究人员从青蛙胚胎中刮取活的干细胞,将其置于试管中,然后将这些细胞切割成特定的体形,由超级计算机设计,这些体形在自然界中从未出现过。

一些细胞经过几天的分化,产生纤毛状的突起,它们以特定的方式来回移动或旋转,这些细胞的自然节律性收缩使原始的异种机器人能够在纤毛周围爬行,从而使异种机器人的腿能够快速地移动它们。

因此,在青蛙或人类的表面上,通常可以在肺部等表面找到纤毛,以帮助排出异种机器人上的病原体和其他异物。

它们的用途是提供快速移动、可编程的生命形式。

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