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宇宙才138亿岁 这颗恒星却180亿岁 宇宙大爆炸理论错了

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-09-14

在银河系这个直径达到18万光年的浩瀚宇宙中,众多恒星闪耀着璀璨的光芒。

我们的太阳,作为一颗普通的黄矮星,位于银河系的猎户座旋臂上,其平凡的寿命约为100亿年。

然而,令天文学家们惊讶的是,在距离太阳190光年的地方,他们发现了一颗年龄高达180亿年的恒星,它被命名为梅瑟撒拉星。

梅瑟撒拉星于1912年被天文学家首次发现,当时它是整个银河系中运动速度最快的恒星之一,以每小时130万公里的速度疾驰而过。

然而,这颗恒星引起天文学家们兴趣的并非其速度,而是其年龄的不寻常之处。

在1912年,宇宙大爆炸理论尚未被广泛接受,宇宙的年龄仍然是一个未定之数。

因此,根据梅瑟撒拉星的光谱推断出的180亿年历史并没有引起太多关注。

直到20年后哈勃发现了宇宙膨胀的证据,宇宙大爆炸理论成为了公认的宇宙起源模型,梅瑟撒拉星180亿年的年龄才显得格外奇特。

根据星系的退行速度,宇宙的年龄应该约为140亿年左右,而当前修正后的宇宙年龄为138.2亿年。

在这种情况下,梅瑟撒拉星180亿年的年龄显然违反了宇宙规律。

对此,天文学家们提出了两种解释:一是宇宙大爆炸理论存在问题,二是梅瑟撒拉星的年龄计算出现错误。

根据奥卡姆剃刀原则,即如无必要,勿增实体,天文学家们将重点放在了第二种解释上,即梅瑟撒拉星的年龄真相。

目前,测定恒星年龄的主要方法是光谱分析。

通过分析恒星的化学成分和内部元素比例,可以确定恒星内部核聚变反应的情况。

当初发现梅瑟撒拉星时,天文学家注意到它内部的金属含量非常低,类似于宇宙中的第一代恒星,因为当时只有氢元素而没有重元素。

相比之下,像太阳这样的恒星属于第二代恒星,因为其内部含有重元素,才有了地球等行星的形成。

通过对重元素丰度的推测,梅瑟撒拉星的年龄被修正为144.6亿年,上下浮动8亿年。

这意味着梅瑟撒拉星的年龄可能在136.6亿年到152.6亿年之间。

尽管上限仍然比宇宙年龄长,但至少大部分范围与宇宙年龄重叠。

梅瑟撒拉星的存在为我们提供了更多关于早期宇宙和第一代恒星形成原因的认识。

作为目前离地球最近、也是最古老的恒星,未来韦伯望远镜对其进行进一步观测将有助于完善宇宙演化模型。

梅瑟撒拉星的发现给我们带来了对宇宙之谜的新解读。

它的年龄违背了我们对宇宙起源的认知,引发了天文学家们的思考。

经过多个望远镜的数据整合分析,包括哈勃太空望远镜、欧空局的希帕科斯卫星以及欧洲南方天文台的甚大望远镜,天文学家们对梅瑟撒拉星的年龄进行了重新测量,并获得了惊人的结果。

他们综合考虑了光谱学、视差以及恒星模型等因素,甚至还考虑到了恒星核心中的氦扩散和引力沉降对年龄的影响。

最终,他们得到了修正后的梅瑟撒拉星年龄为144.6亿年,上下浮动8亿年。

这一发现让他们感到非常惊讶。

这一新的年龄测量结果让我们对梅瑟撒拉星的认识更加准确。

虽然上限仍然超过了宇宙的年龄,但大部分范围与宇宙年龄相符。

这表明梅瑟撒拉星的年龄可能在136.6亿年到152.6亿年之间。

梅瑟撒拉星的存在为我们提供了更深入了解早期宇宙和第一代恒星形成的机会。

随着未来韦伯望远镜的观测,我们有望完善宇宙的演化模型,揭示更多关于宇宙起源和恒星演化的奥秘。

梅瑟撒拉星成为了宇宙之谜的一块重要拼图,我们期待着更多的发现和探索,以解开宇宙的奥秘。

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