速度是人类探索世界的主要方法,古人没有速度的优势,无法探索地球的秘密。

工业革命的兴起,让人类在速度上取得了重大突破,快速的交通工具,可以让我们走遍地球的每一个角落。
随着科技的发展,人类走出了地球,看到了浩瀚的宇宙,这个时候我们认识到,地球在宇宙面前也是渺小如尘埃,宇宙的距离更是大到我们无法想象。
在宇宙的面前,人类自以为傲的速度优势荡然无存。
在地球上,距离的单位以米,千米为基本标准,而在宇宙中,距离的基本单位是光年,速度的基本单位是光速。
即使是光速,在宇宙中同样也是非常慢的速度,以光速航行,我们想要横穿银河系,也需要至少20万年的时间,事实告诉我们,光速我们也很难探索整个银河系,更不要说走出银河系,探索河外星系了。
人类现在的飞船速度有多快?
要说人类目前最快的飞船,应该是几十年前就出发的探索者系列,尤其是探索者一号,经过不断的加速,目前的速度达到了每小时60000公里,而2006年出发的新视野号飞船,速度则更快,达到了每小时58,536万千米。
这样的速度放在地球上,那绝对是快到一瞬间,可是在宇宙中,这个速度太慢了,从地球到柯伊伯带,都需要飞行几十年,更不要说走出太阳系了。

速度无法迎来革命性的突破,人类的宇宙探索步伐也无法前进,为了探索宇宙的奥秘,科学家一直在积极探索新的太空推进技术,例如:核聚变引擎,反物质引擎等。
核聚变引擎是利用可控核聚变实现能量爆发推进的一种能源科技,虽然人类半个多世纪以来一直在努力研究核聚变,但是直到目前为止,核聚变离真正的应用还差得很远。
反物质引擎是利用反物质和正物质碰撞产生的能量进行推进的一种能源技术,对于反物质,目前还处于实验室理论三个的阶段,离真正的应用还不知要多久。
未来50年内有可以实现的先进推进技术吗?
核聚变引擎和反物质引擎想要实现还需要走漫长的一段路,在它们实现之前,未来有望取代传统推进技术的新科技或许是锂离子推进器。
美国宇航局在几年前实验了一款采用激光束驱动的锂离子推进器,它可以将飞行器的速度突破每小时160万公里,如果这个技术可以实现,那人类的太空探索步伐将会大幅前进,至少在太阳系内,我们可以更好地探索。
锂离子推进器实现的速度可以让我们在几年的时间内到达火星,再也不用等每两年一次的火星窗口,即使是到达太阳系边缘的冥王星,也只需要不到一年的时间。
当然,这个速度还无法让人类成为星际文明,只有实现初步的亚光速飞行,可以轻松飞出太阳系,探索附近星系才是初步的星际时代。

想要让飞船的速度达到亚光速,能源就需要重大突破,在物质引擎没有实现之前,核聚变引擎是不错的选择,只要人类的核聚变引擎成功应用,那人类的初步星际时代也将开启。
亚光速只能够让我们探索太阳系附近的一些星系,更远的星系同样不可能,走出银河系更不可能,只有突破光速的限制,实现超光速飞行,人类才能够自由探索银可系以及银河系附近的一些星系。
超光速就可以探索整个宇宙吗?
宇宙浩瀚广阔,目前的可观测宇宙范围约930亿光年,这个范围或许只是宇宙的冰山一角,真正的宇宙到底有多大,无人可以给出准确的答案,而且宇宙还在快速膨胀,什么时候停止同样也是一个未知数。
即使是930亿光年的范围,普通的超光速飞行同样也不可能探索,那么在超光速之上是否还有更快的速度?
如果说有什么样的速度比超光速更快,那或许只有目前还在理论探索阶段的虫洞,虫洞也称之为空间通道,连接着宇宙的两个区域,通过虫洞可以在极短的时间内,从宇宙的一端到达另一端,这个速度将远远超过超光速飞行,是更高级别的宇宙跨越。
虫洞就是宇宙中极限的速度吗?科学的发展没有尽头,速度的提升也没有尽头,到底什么样的速度才是极限,相信没有人能够说清楚,就像温度一样,无人知道温度的上限在哪里,速度自然也是一样。
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