宇宙真空并非空无一物：磁星观测证实量子力学预言的真空双折射效应

8 月 16 日消息，真空并不像看上去那样空无一物。

这是一项针对恒星残骸信号的新研究得出的核心结论。

研究人员表示，这是迄今为止最有力的证据，证明极强磁场能够改变真空的物理性质，让看似空无一物的空间表现得像棱镜一样，改变光的传播方式。

这项研究由乔治华盛顿大学物理学研究生蕾切尔 · 斯图尔特主导，验证了 90 年前科学家提出的一项奇异物理效应预测。

“我们通过观测这颗遥远的恒星核心获取的信息，也为我们理解已知现实时空的本质提供了线索，这在我看来非常不可思议。

”斯图尔特在一份声明中说。

这一理论可以追溯到 1936 年。

当时德国物理学家维尔纳 · 海森堡与他的学生汉斯 · 欧拉提出，空间从来都不是真正的虚空。

相反，空间里充斥着不断涨落的“虚粒子”海洋 —— 电子与其反物质对应物正电子，它们不断凭空出现又瞬间湮灭，在消失前会与周围环境发生短暂的相互作用。

这种亚原子层面的涨落是量子力学的必然结果，在普通条件下无法被观测到。

但该理论预测，像磁星周围这样的超强磁场，能够改变光的传播方式，让光波在特定方向上的偏振程度显著增强，这一效应被称为“真空双折射”。

“要观测到真空双折射，需要的磁场强度比人类在地球上制造出的最强磁场还要高 1 亿倍以上。

”研究合著者、澳大利亚斯威本科技大学天体物理学家马库斯 · 洛厄在另一份声明中表示，“幸运的是，大自然为我们提供了磁星，它们是寻找这一效应的完美宇宙实验室。

”

磁星是大质量恒星爆炸后留下的致密残骸，体积和一座城市相当，拥有宇宙中已知最强的磁场。

它们是极少数能产生足够强磁场、显现真空双折射效应的天体，为科学家提供了在地球无法复刻的极端环境下检验物理定律的机会。

“我们不再只是研究天体本身，而是在利用它们检验自然规律。

”研究合著者、路易斯安那州立大学天体物理学家米凯拉 · 内格罗在声明中说。

天文学家此前也曾观测到这一难以捕捉的现象的蛛丝马迹，但始终没有确凿证据。

2017 年，研究人员利用智利的甚大望远镜，在距离地球约 400 光年的暗淡中子星 RX J1856.5-3754 周围观测到了偏振迹象。

但这些光学观测结果存在多种解释，部分原因在于很难分离出纯净的光学信号。

当时科学家就指出，要拿到确凿证据，必须依靠天基 X 射线观测台，尤其是 NASA 当时正在研发的成像 X 射线偏振探测器（IXPE）。

IXPE 于 2021 年发射升空，搭载三台完全相同的望远镜，专门用于测量高能 X 射线的偏振状态。

“也就是在最近六年左右，我们才真正拥有了能在磁星周围探测到这一效应的望远镜。

”洛厄在接受澳大利亚独立新闻网站 Michael West Media 采访时表示。

2025 年 3 月至 4 月，研究团队将 IXPE 对准了磁星 1E 1547-5408。

这颗磁星每两秒自转一周，在同类天体中十分特殊，它能持续稳定地发射射电波。

研究团队还结合了国际空间站上的 X 射线望远镜、澳大利亚的穆里扬射电望远镜，以及南非射电天文台的观测数据作为补充。

研究显示，有两项发现共同指向了真空双折射效应的存在。

首先，IXPE 捕捉到的 X 射线偏振度，是同类天体的近三倍，远超出中子星表面辐射的标准模型能单独解释的范围。

其次，偏振方向与恒星的磁场方向一致，和此前在其射电波中观测到的模式完全吻合。

研究人员由此得出结论：综合所有数据，真空双折射是唯一合理的解释。

“这多少让人松了口气，因为它说明我们的理论依然成立，物理学体系并没有出问题。

”洛厄在接受采访时说。

对南非射电天文台首席科学家、论文合著者费尔南多 · 卡米洛而言，这一发现为他漫长的研究历程画上了圆满的一笔。

卡米洛从 2007 年就开始研究 1E 1547-5408，当年他首次用穆里扬射电望远镜探测到了这颗磁星的射电波，测出了它两秒的自转周期。

“那时候，1E 1547 只是银河系中已知第二颗能发射射电波的磁星，我们当时相信持续观测肯定能发现它的有趣特性。

”卡米洛在声明中说，“但我们绝对想不到，20 年后它会助力验证量子力学中一个基础又格外奇特的预测。

”

研究团队希望能通过未来的探测任务进一步证实这一发现，其中包括计划中的全球轨道软 X 射线偏振计（GoSOX）轨道任务，同时也会优化计算机模拟，将真空双折射信号与磁星周围的其他物理过程区分开。

“有了这些未来数据和更新后的模拟，我们或许终于能走完海森堡在近 90 年前开启的这段探索之路。

”洛厄在斯威本科技大学的声明中表示。

IT之家注意到，相关研究论文于 8 月 5 日发表在《自然》杂志上。

含硼聚乙烯屏蔽板：中子辐射防护的轻质 “隐形护盾”

在核科研、BNCT 硼中子治疗、核电站乏燃料储存、加速器机房等场景，中子穿透力强、防护难度更高，含硼聚乙烯屏蔽板，正是针对中子防护开发的专用复合板材。

含硼聚乙烯屏蔽板以超高分子量聚乙烯为基材，均匀填充碳化硼 B₄C 粉体，经过高温模压一体成型。

它的防护逻辑分为两步：聚乙烯富含氢原子，能够碰撞慢化高速快中子；板材内硼 - 10 同位素，对慢化后的热中子拥有极高吸收截面，直接捕获中子，实现 “先慢化、再吸收” 的双重屏蔽，屏蔽后不易产生强二次伽马辐射，这也是它和石蜡、普通聚乙烯最大的区别。

对比传统防护材料，它的优势非常突出： ✅ 重量轻：密度约 1.0～1.2g/cm³，远轻于铅板与混凝土，降低建筑荷载，老机房改造不用大规模加固墙体； ✅ 易加工：可切割、钻孔、铣形、拼接，支持定制厚度、硼含量，模块化施工； ✅ 耐腐稳定：耐酸碱、防潮、抗老化，长期在室内干燥工况下使用寿命长； ✅ 环保无毒：不含铅等重金属，不存在铅粉尘污染风险，后期处置压力更小。

不同工况，硼含量、板材厚度可以按需调整。

低硼配方适合常规中子散射防护；高硼板材多用于乏燃料存储、中子发生器、散裂中子源等高要求场景；如果需要同时兼顾中子 + 伽马射线屏蔽，还可以选用铅硼聚乙烯复合屏蔽板。

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它不是简单的塑料板，而是一套经过屏蔽试验验证、标准化生产的辐射防护构件。

辐射防护工程，安全永远放在第一位。

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量子信息+熵，能解释宇宙的演化吗

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.