宇宙是一个充满了神秘和未解之谜的地方。

尽管科学家们已经取得了许多重要的发现和突破，但仍然有一些现象和问题令人困惑。

以下是一些宇宙中的未解之谜：

1. 黑洞：宇宙的吞噬者

黑洞是宇宙中最神秘和令人恐惧的现象之一。

它们是极度强大的引力场，吞噬一切物质，甚至连光也无法逃脱。

科学家们尚未完全理解黑洞的本质和它们的起源。

黑洞的内部是什么样的？它们如何形成？这些都是仍然待解的问题。

黑洞的研究已经取得了一些重要的进展，但仍然有许多未知之处。

科学家们使用天文观测和理论模型来研究黑洞的性质和行为。

最近的研究表明，黑洞可能不是完全黑暗的，而是会发出微弱的辐射。

这一发现引发了关于黑洞信息悖论和黑洞的进一步研究的讨论。

2. 暗能量：宇宙的驱动力

暗能量是宇宙中的一种未知能量形式，占据了宇宙中绝大部分的能量。

它具有排斥性质，推动宇宙的膨胀加速。

然而，我们对暗能量的性质和作用还知之甚少。

科学家们正在努力研究，希望揭示暗能量的本质，以解释宇宙的膨胀和演化。

最近的观测数据表明，暗能量的存在可能使宇宙膨胀的速度越来越快。

这一发现引发了对暗能量起源和作用的新的研究方向。

科学家们提出了一些假设，如暗能量可能是一种新的物质或场，或者是宇宙自身的属性。

尽管还没有确定的答案，但这些研究为我们更好地理解宇宙的演化提供了新的线索。

3. 宇宙背景辐射：宇宙的回声

宇宙背景辐射是宇宙最早的辐射，是宇宙大爆炸后的遗留物。

它以微弱的微波信号存在于整个宇宙中。

科学家们通过研究宇宙背景辐射，可以了解宇宙的起源和演化。

然而，仍然存在一些问题，如宇宙背景辐射的确切来源和它所包含的信息。

最近的研究表明，宇宙背景辐射可能携带着关于宇宙早期的重要信息。

科学家们通过对辐射的微小温度变化进行观测和分析，试图解答宇宙背景辐射中的谜题。

这些研究不仅有助于我们理解宇宙的起源，还可以验证宇宙大爆炸理论和宇宙的整体结构。

4. 暗物质：宇宙中的隐形力量

暗物质是一种不与电磁辐射相互作用的物质，它在宇宙中占据了很大的比例。

尽管暗物质对宇宙结构的形成和稳定起着重要作用，但科学家们对它的本质一无所知。

暗物质是由什么组成的？它如何与常见的物质相互作用？这些问题仍然是未解之谜。

为了解决暗物质之谜，科学家们进行了大量的实验和观测。

最近的研究表明，暗物质可能与普通物质之间存在微弱的相互作用。

这一发现为我们更好地理解暗物质的性质和行为提供了新的线索。

科学家们正利用粒子物理和天文学的方法，希望能够揭示暗物质的本质。

5. 宇宙膨胀的命运：开放、闭合还是无限？

宇宙的膨胀是一个引人注目的现象，但它的命运究竟是什么？宇宙膨胀的速度会不会放缓或加速？宇宙的几何形状是开放的、闭合的还是无限的？这些问题一直困扰着科学家们，并且仍然没有确定的答案。

最新的观测数据表明，宇宙的膨胀速度正在加速。

这一发现引发了对宇宙膨胀的原因和机制的重新思考。

科学家们提出了一些假设，如暗能量的存在和宇宙的曲率等，以解释宇宙的膨胀行为。

然而，我们仍然需要更多的观测和研究来确定宇宙膨胀的命运。

6. 宇宙中的生命：存在与否？

宇宙中是否存在其他智慧生命？这是一个古老而令人着迷的问题。

尽管地球上存在着生命，但我们仍然不知道宇宙中是否有其他地方也存在生命。

科学家们通过寻找外星文明的迹象和可居住行星，试图回答这个问题。

最近的行星观测和生命起源研究取得了一些重要的进展。

科学家们发现了一些可能具备生命存在条件的行星，并在宇宙中发现了一些神秘的信号。

这些发现引发了对外星生命的探索和研究的热潮。

虽然我们还没有直接证据证明外星生命的存在，但这些努力为我们更深入地了解宇宙中的生命提供了希望。

7. 宇宙的起源：大爆炸之前是什么？

宇宙的起源是一个令人费解的问题。

大爆炸理论认为宇宙起源于一个极其热密集的点，但我们无法回溯到大爆炸之前的时期。

宇宙的起源是如何发生的？这个问题仍然没有明确的答案，科学家们正在努力寻找更多证据和解释。

最近的研究表明，宇宙的起源可能涉及到更高维度的物理过程。

科学家们提出了一些理论，如多元宇宙理论和弦理论，试图解释宇宙的起源和演化。

然而，这些理论仍然需要更多的实验和观测来验证和完善。

虽然宇宙中存在许多未解之谜，但科学家们通过不断的研究和观测，正在逐渐揭示宇宙的奥秘。

我们期待着未来的发现和突破，希望能更好地理解宇宙的起源、演化和我们在其中的位置

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