1、黑洞时空旅行

2012年,美国宇航局发现一个巨大的黑洞从星系中“脱离”开,科学家观察到它以“每小时几百万英里”的速度疾驰而过,就像被“扔出来”那般,这个现象超乎人们的想象。
从传统观点来看,时间循环概念存在很大的错误,但依据量子力学的现代观点来解释的话,世界可能是由许多平行未来组成,不断地从其它平行未来分离。
若从这个角度来看,真的无需太担忧时空旅行了。
2、 宇宙究竟是不是多元存在
科学家曾经猜测,尽管我们预测到我们所在的宇宙很大,但很有可能宇宙不止一个,即平行宇宙又称多元宇宙论。
马丁·里斯说:“我们通常所说的宇宙,可能只是全体成员中的一个。
可能还存在不计其数的规律不同的其它宇宙,我们所在的宇宙属于与众不同的子集,在这个宇宙中允许复杂的事物和意识得以发展。
”
当然,很多著名科学家都相信平行宇宙的存在,包括史蒂芬霍金、马克斯泰格,以及马克大卫多维奇,宇宙的存在,因此很多科学认为"另一个世界",只是一种推断罢了。
3、从真空中借用能量可能吗
真空能量是一种存在于空间中的背景能量,即使在没有物质的空间亦然存在,它导致了多数基本力的存在。
真空能量也被认为与物理宇宙学中的宇宙常数项有关,关于从真空中借用能量,以目前的科学观点来看,这显然是违反了能量守恒定律。
4、宇宙有多少个维度
在《三体》中,宇宙共有10个维度,维度越高的文明在科学技术和物种智慧上也越强大,高纬度对低纬度的文明优势是不可逆转的。
现实中的科学研究则表明,宇宙绝对不止10个维度,而是有更高的维度空间,在三维世界的一切高纬度投影,加上一个时间维度,就构成了宇宙大爆炸的“奇点”状态。
无论从哪种角度来看,宇宙似乎都具有更高维度的属性,但难以想象生存在宇宙顶级维度中的智慧文明拥有什么样的生活,我们能做到的唯有敬仰了。
探秘宇宙4个未解之谜,连科学家都无法解释,你对哪个最有兴趣?

随着科技研发水平的发展,我们人类虽然对宇宙有了一定的了解了,但是还是远远不够我们去揭开宇宙的真实面貌,就目前为止,现在,科学家对于宇宙的研究,存在四个未解之谜,一是宇宙的时间之谜,二是宇宙本身是否是一个多元的存在,三是宇宙的维度数量,四是宇宙的终极目标是怎么样的。
关于宇宙的时间之谜一直困扰着科学家们,对于宇宙的形成是先存在与空间之中还是时间之内呢?在时间的层次上可以解释宇宙的起源、由来,而在空间的层次上则解释了宇宙的内外之分。
根据宇宙的大爆炸原理,宇宙产于一个奇点的爆炸,并且根据这一理论,科学家估算出宇宙的年龄约有138亿岁。
这一理论的提出仍旧有不足,那就是奇点未爆炸之前存在一个怎样的空间状态,而发生奇点爆炸的时间又是多少?
宇宙是否是一个多元的存在?宇宙是多元存在可以成为我们至今仍无法找到宇宙的边界的一个合理解释,假设宇宙是一个多元的存在,我们现如今生活的这一个宇宙并不是唯一的,而是千千万万个宇宙中的其中一个,还有存在着许多相邻的宇宙,并且与相邻的宇宙被更大的宇宙包裹住,然后不断地循环下去。
宇宙究竟有多少个维度?《三体》这本书里面提及到宇宙原本是一个无限维度的存在,在经过了宇宙奇点大爆炸的洗礼后才形成了一个拥有十一个维度的存在,然后宇宙又经过了多次的降维,最后形成了我们现在的三维宇宙。
科学家至今仍未发现其他的外星生命,也许正是因为外星生命生活在与我们不同的维度空间,比如四维空间。
每一种事物的存在都有它的价值,而宇宙究竟是因何而存在呢?假设存在着比我们高级很多的文明,他们看待我们的世界就像我们看待昆虫一样,而我们想要探究宇宙存在的谜底,需要花费很久很久的时间,甚至没有永无止境。
对于渺小的人类来说,浩瀚的宇宙中存在许多未解之谜,著名天文学家,前英国皇家学会主席马丁·里斯勋爵认为,由于大脑天生的局限,人类或许永远无法破解这些谜团。
正如游鱼不会注意到水的存在,人也同样无法参透构成宇宙空间的微观结构。
从理论上来说,另一个四维宇宙有可能近在咫尺,但我们却浑然不知。
好比在一张白纸爬来爬去的蚂蚁,始终无法察觉相距1毫米之外还有另一张白纸的存在。
诡异的量子力学
量子力学的概率和随机性让爱因斯坦头疼不已。
你能想象两个相隔几光年的粒子,如果其中一个粒子的状态发生变化,另一个粒子瞬间也会相应改变,两者之间犹如存在心电感应;
以波的形式同时通过两条狭缝的光子发现有人观察,竟然化作粒子重新从其中一条缝隙通过,仿佛时光可以倒流一样!
有因未必有果,结果可以决定原因;
意识决定物质,宇宙因意识而存在——人类所有坚不可摧的理性认知都在量子力学的迷雾中土崩瓦解。
自从它面世以来,科学家已经提出几十种解释。
从正统的哥本哈根解释到另类的多世界假说,一个比一个荒诞,一个比一个更像科幻小说,但都无法让人彻底信服。
失踪的引力子
站在地球上的人为什么掉不下去?庞大的星系如何井然有序地运行?在统治宇宙的四大基本作用力中,电磁力、强核力和弱核力都是通过基本粒子发挥作用,那么虚无缥缈的引力是否也经由“引力子”施展魔力呢?
虽然激光干涉引力波天文台已经捕捉到遥远宇宙传来的引力波“涟漪”,但引力子却始终不见踪影。
提出过“戴森球”理论的著名物理学家弗里曼戴森认为,单个引力子在现有理论框架内也许根本检测不到。

和温度、压力类似,引力常量可能和组成它的基本粒子没有任何关系。
如此说来,现代物理学的两大支柱——量子力学和广义相对论之间就存在难以逾越的鸿沟,而能够解释宇宙本质的大一统理论也将永远隐藏在黑暗之中。
无法突破的普朗克尺度
普朗克尺度(1.616229×10^-35米和5.39116×10^-44秒)是人类能够精确测量的最小尺度。
如果有人想获得普朗克尺度以下的数值,他就会发现在如此小的空间内,光子动量之高足以产生一个微型黑洞,使任何有意义的测量都无法实现。
一切经典物理学理论在普朗克尺度之下都失去效力,在这里变幻莫测的量子效应开始掌管一切。
模拟奇点大爆炸的大型强子对撞机试图追溯宇宙诞生的 历史 ,但在普朗克尺度面前犹如撞到一堵“叹息之墙”。
科学家普遍认为,普朗克尺度并非时空的最小单位,只是量子王国和引力王国的分界线而已。
跨越这条界线之后,我们也许会遇到更多让人瞠目结舌的奇观。
无解的宇宙诞生之谜
在一切时间和空间的尽头,一个极端致密的奇点如何以比光还要快的速度膨胀,最终形成宇宙万物?它是前一个宇宙塌缩而成的吗?我们所在的宇宙是否处于膨胀-塌缩-再膨胀-再塌缩的无限循环之中?
如果所谓的奇点大爆炸并不存在,那么所有能量和物质是否被束缚于未知空间结构之中,因某种原因而突然膨胀?
或者奇点和未知空间结构不止一个,无数个宇宙如大海的泡沫一样泛起、破碎,每个泡沫之间或许会碰撞,但绝不会重叠。
也就是说,所有多重宇宙都是封闭的,我们永远无法获知其它宇宙的任何信息。
谜中之谜——意识的本质
物理学家波尔曾经说过,世界由人的意识决定。
前文提到的 双缝干涉试验 中,观察者的存在的确影响了光子路径。
换句话说,没人观察的时候,薛定谔的猫处于一种“既死又活”的奇怪状态,它的命运在打开箱子的一刹那才能确定下来。
如果粒子的状态取决于我们是否在观察,那么宏观世界是否也如此呢?美国物理学家约翰·惠勒的“观察者假说”认为,宇宙大爆炸和138亿年的 历史 原本不存在,是古往今来无数观察者的参与造就了它!
牛津大学物理学家罗杰·彭罗斯进一步提出,观察者效应意味着人的意识能够在量子层面和物质互相作用,而大脑产生认知是脑神经元微管量子振动的结果。
濒临死亡的人随着心脏停止跳动,血液不再流动,脑神经微管失去量子状态,储存在其中的量子信息也随之释放出来。
马克斯普朗克物理研究所的汉斯·彼得杜尔博士的解释更为惊悚:我们所理解的现实世界仅仅局限在物质层面,除此之外还有一个无限宽广的量子宇宙,现实宇宙处于它的包裹之中,靠吸收其中的养分才得以存在。
人死之后释放的量子信息正是回归到这个量子场之中,从某种意义上来说,所有的智慧生命都是不朽的存在。
宇宙V往事-专注科学科普|敬请关注
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