宇宙是人类永恒的话题。
面对这个广袤、神秘的星空，我们总是心生敬畏之情。
而伴随着科技的发展，人们对宇宙的认知也在不断深入。
今天，我们要说的是循环宇宙理论。
它伴随着科学家们的思索与实验证据的逐步丰富，渐渐呈现出了一幅更加真实、更加清晰的宇宙图像。
本文将会围绕循环宇宙理论，着重介绍它的源起、证据、争议，更多的信息，令读者可以在视野与思维上更进一步。
循环宇宙论的由来
很多人都听说过宇宙大爆炸理论，它是一个相对成熟的宇宙起源理论，认为整个宇宙起源于一次大爆炸，在这次爆炸之前，整个宇宙处于一个极度微小而高温的状态，随着大爆炸的发生，宇宙不断膨胀，从那个点开始有了时间和空间的存在。
大爆炸理论对于宇宙的诞生和演化提供了一个基本框架，然而如果我们把时间回到宇宙大爆炸之前，也就是宇宙原点的时候，我们并不知道那个时刻发生了什么，宇宙究竟是如何从一个毫无物质的空间到一个充满物质、组成原子和星际物质的宇宙？
对于这个问题，彭罗斯提出了循环宇宙理论。
该理论中，宇宙不是单一的、直线式的，而是一个永不停息的过程，循环着的宇宙。
每个宇宙周期都从一个大爆炸开始，然后宇宙膨胀，最后收缩，然后再次爆炸，开始新的周期。
1、循环宇宙理论的来源
彭罗斯是一个著名的数学家，在与霍金合作期间提出了循环宇宙论。
此前，霍金也曾对宇宙的永恒性提出过自己的理论，并尝试对黑洞性质进行了解，但是对宇宙的起源一直没有得到较为满意的解释，直到彭罗斯提出了循环宇宙这个理论，它解决了对宇宙起源问题的困扰。
2、循环宇宙的基本原理
循环宇宙理论与一般的宇宙演化模型不同。
它主要假设宇宙的演化是具有周期性的，并且每个周期的宇宙具有宇宙学原理，即宇宙的各个部分都具有同样的物理规律。
在循环宇宙理论中，每个宇宙周期都从一个大爆炸开始，然后宇宙膨胀，最后收缩然后再次爆炸开始新的周期。
循环宇宙相对于单一宇宙模型而言，能够完美地解释宇宙的永恒性问题。
这个理论认为，每一个宇宙周期的结束都是下一个宇宙的开始。
循环宇宙与多元宇宙还不一样，后者同时假设存在了多个宇宙，而循环宇宙理论只认为存在一个永不停息的宇宙。
循环宇宙理论的证据
循环宇宙理论毕竟是一个相对新生的理论，为了证明它的可行性，科学家们进行了很多实验和观测。
下面我们将详细介绍循环宇宙理论的证据。
1、宇宙微波背景辐射中的异常
根据宇宙大爆炸理论，宇宙大爆炸释放出的能量在宇宙膨胀的过程中冷却下来，最终演化成为了宇宙微波背景辐射。
这种辐射是目前宇宙中最古老和最均匀的辐射，其温度在各个方向都是均匀的，但是在2003年欧洲太空局发射的普朗克卫星，通过观测到宇宙微波背景辐射时，发现了一些模糊、暗的斑点。
这些斑点是极微小的、极少数的，但足以引起科学家的重视。
因为它们可能是上一个宇宙留下的痕迹，从而验证了循环宇宙的存在。
2、暗能量推动的加速膨胀
在2003年被提出的暗能量理论及证实再次验证了循环宇宙的合理性。
在宇宙膨胀的加速情况下，未来的宇宙内的物质密度会越来越低，星系之间的距离也会越来越远。
而暗能量提供的推动力越来越强，宇宙膨胀的速度便越来越快。
这一现象，随着宇宙演化时间的推移而越来越明显，这也进一步证明了循环宇宙的存在。
针对循环宇宙的争议
每个新的理论的产生都会引起大量的争议，循环宇宙理论也是如此。
下面，我们将介绍循环宇宙理论的争议和反对声音。
1、对初爆型的不重视
有学者认为，循环宇宙理论对宇宙大爆炸之前的状态并没有提供很好的研究和解释。
理论从初始爆炸开始，忽略了关键的形成初因，没有对宇宙最初的状态给予充分的重视，这导致了循环宇宙理论无法提供完整、详细的理论框架，也许我们仍需等待其他学者的理论来解释宇宙形成初因。
2、支撑证据不充分
尽管目前暗物质、暗能量以及宇宙微波背景辐射等证据对循环宇宙的支撑也越来越多，但并不能真正确认循环宇宙理论的正确性。
因此，有学者呼吁，必须更加深入的研究，更多的证据才能证实、确认这个理论。
3、相反观点的影响
也有一部分学者在观点上持有相反的看法。
对于循环宇宙这个理论，他们认为该理论的存在并不能完全证实，同时也可能会对其它理论带来影响甚至矛盾。
因此，从这部分角度来看，循环宇宙理论仍有很多不足之处。
讨论与结论
随着科学技术的不断发展，人类对宇宙的认识也在逐步深入。
从大爆炸理论到循环宇宙、多元宇宙，科学家们正在试图揭开宇宙的神秘面纱。
而彭罗斯提出的循环宇宙理论，为人们提供了一个新的视角来认识宇宙的起源和演化。
尽管循环宇宙理论仍存在一些争议和不足，但它的提出确实为我们提供了很多新的思考方向。
在世界范围内，很多学者和研究机构都在着手开展实验研究，试图查找更多的数据和线索，以支持或驳斥循环宇宙理论。
总之，循环宇宙理论尽管看似大胆、疯狂，但它所代表的科学精神和思维方式却是我们所需要的。
我们需要更多的大胆假设，以此来激发创新思维，从而让我们更加深入、全面地认识世界、认识宇宙。
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
