速度是探索世界最快的途径之一,从古至今,人类都在不断的提升自己的速度,古时候,由于人类的科技不够发达,所以古人一辈子只能够在范围百里的范围内活动,不过随着人类科技的进步,人类发明了很多先进的交通工具,比如说汽车、火车、轮船、飞机、火箭等等,这些先进的交通工具让人类的出行速度变得越来越多,现在人类依靠火箭已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度还是非常快的,当人类走出地球看到宇宙之后,人类的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人类想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中除了地球生命是不是还存在其它的生命?带着这些疑问人类走上了探索宇宙的道路。

经过人类几百年的探索,现在人类已经对宇宙有了一定的认知,根据科学家的研究得出,我们的宇宙是一个浩瀚无边的星际空间,在宇宙中天体的数量非常多,有恒星、行星、彗星、小行星、中子星、白矮星、黑洞等等,我们的地球其实就是太阳系中的一颗行星,在太阳系中一共有八大行星,而地球这颗行星和其它行星最大的区别就在于,地球诞生了生命,生命的出现给地球这颗行星增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘,虽然宇宙中的天体数量很多,但是天体之间的距离都是非常遥远的。
到现在为止,人类都无法飞出太阳系,而太阳系只是银河系中的一个小星系,在银河系的外面还有本星系群,在本星系群的外面还有室女座超星系团,目前人类能够观测到的宇宙直径大约是930亿光年,不过这并不是宇宙的全部范围,宇宙或许比我们想象的还要大,既然宇宙这么广阔,那么宇宙中最快的飞行速度是什么?根据科学家的研究得出,现在人类已知的最快飞行速度就是光速,光速大约是每秒30万公里,曾经人类一直认为光速传播是不需要时间的,但是后来著名的物理学家伽利略意识到了光速是有限的,并且他对光速进行了测量。
他和他的助手爬上了两座山进行实验,实验的原理也很简单,助手拿着一盏非常明亮的灯,用木板挡住它,然后助手将木板移走,露出灯光,伽利略计算助手移走木板和自己看到灯光的时差,用距离处于时间就是光速,不过这个实验最终计算的结果误差太大,毕竟光速传播的速度很快,人类的反应速度根本不知道光速传过来用了多长时间,虽然伽利略没有计算出光速,但是在1676年的时候,一位叫做奥勒.罗默的科学家也计算了光速,他利用木卫一的轨道阴影交替的时间,计算出了木卫一的轨道周期时间是42小时25分16秒,一般来说,天体的运动轨迹是不会变的,所以他认为,木卫一应该是每隔42小时25分16秒就会被木星遮住。
这位科学家经过多年的研究发现,地球距离木星最远的时候,木卫一出现的时间要比地球距离木星最近的时候多22分钟,他认为,这22分钟就是光子从地球到木星所用的时间,利用这个办法,他计算出了光速大约是每秒21万千米,这个数值和现在的光速相比,还是差的很多,不过在那个年代能够计算出光速来,已经是非常了不起了,后来在1728年,科学家詹姆斯.布雷德利用光行差计算出光速大约是每秒29.8万千米,这个光速数值基本上和现在的数值类似,在人类眼中,光速是非常快的,它能够一秒钟围绕地球飞行7圈半,如果人类能够拥有如此之快的速度,那么我们能够在瞬间达到地球的任何地方。
不过站在宇宙的尺度上来说,光速也显得非常慢,因为宇宙空间实在是太大了,一个小小的银河系直径就达到了20万光年,光年是一个距离单位,一光年就相当于光速飞行1年的距离,20万光年就相当于光速飞行20万年,如此之快的光速在面对宇宙的时候,也显得很慢,如果这样看的话,那么人类永远都无法找打宇宙的边缘,而且根据爱因斯坦的理论得出,任何有质量的物体都只能够无限接近光速,并不能够达到光速,也不可能超越光速,这就意味着人类的飞行速度无法超越光速,既然如此,那么是不是宇宙中就不存在比光速更快的速度了?根据科学家的研究发现, 宇宙中存在超光速现象。

第一种超光速现象——宇宙膨胀的速度
现代科学认为,我们的宇宙诞生于138亿年前,在138亿年前,有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,宇宙快速的向四周膨胀,经过138亿年的时间,宇宙才膨胀成我们现在看到的样子,到现在为止,我们的宇宙都没有停止膨胀,而且膨胀的速度比光速还快,在20世纪初的时候,美国物理学家埃德温.哈勃在通过观测遥远的星系运行,发现了星系正在快速的远离地球,而且这也是宇宙膨胀的一个有力证据,那么哈勃是如何发现星系正在远离地球的?这其实需要一个著名的效应:多普勒效应。
当一辆火车靠近我们时,我们能够听到火车的声音非常尖锐,这是因为声音频率会变高,但是当火车远离我们时,声音就会变低,这其实就是多普勒效应的一种体型,而光也具有这样的效应,当光源不断靠近我们时,光的波长就会变短,发生蓝移,当光远离我们时,光的波长就会变长,发生红移,埃德温.哈勃在观测遥远星系的时候发现了星系光谱出现了红移现象,这说明这些星系正在远离我们,看到这个现象之后,他提出了一个宇宙膨胀的理论,这个理论刚提出之后,很多科学家都不敢相信,因为在此之前,科学家一直都认为我们的宇宙是静态的。
这个理论打破了人类对宇宙的传播认知,而且让人类知道了宇宙膨胀的速度非常快,已经远远超过了光速,科学家认为,在宇宙大爆炸的1秒钟内,宇宙空间就膨胀到了10万光年的范围,到现在为止,我们的宇宙已经膨胀了138亿年,而宇宙的范围已经超出了人类的想象,现在宇宙空间到底有多大?科学家也不知道,不过未来随着人类科技的努力,说不定人类能够找到宇宙的边缘。
第二种超光速现象——虫洞穿梭
在100多年前,伟大的物理学家爱因斯坦以一己之力推翻了牛顿的绝对时空观,爱因斯坦认为,时间、空间、速度都是有联系的,当一个物体的飞行速度越快时,它所使用的时间就越少,简单来说就是时间的流逝会随着物体飞行速度的快慢而改变,而且科学家利用钟慢效应也证实了这一点,如果说你乘坐一艘亚光速飞行在宇宙中飞行,1年后你回到地球,你只长大了1岁,但是地球上的时间已经过去了几千年或者是几万年,除了速度能够影响时间之外,引力也能够影响时间的流逝,在引力非常强大的区域,光速也会变得很慢,比如说黑洞,黑洞是爱因斯坦在100多年前利用公式计算出来的。
但是他本人都不相信黑洞存在宇宙当中,不过后来随着人类科技的发展,人类证明了黑洞确实存在,黑洞的特性就是不断的吞噬物质,任何进入黑洞视界范围内的物质都会被黑洞吞噬,连光都不例外,爱因斯坦认为,在黑洞的另一边可能还存在一个神秘的天体白洞,黑洞和白洞连接在一起就形成了虫洞,虫洞就是能够穿越时空的隧道,黑洞的特性是不断的吞噬物质,而白洞的特性就是不断的喷发物质,黑洞和白洞连接在一起就形成了虫洞,如果我们能够找到虫洞,那么我们就能够瞬间穿越到宇宙的另一端。
而这个速度也远远超过了光速,但是到现在为止,科学家并没有找到虫洞,黑洞到底是不是虫洞的入口?现在科学家也不清楚,在很多科幻作品中,我们能够看到人类通过虫洞快速的到达宇宙的其它地方,未来随着人类科技的发展,说不定人类真的能够在宇宙中找到虫洞,即使人类无法找到虫洞,人类或许也能够在宇宙中制造出一个虫洞来,希望这一天能够早日到来。

第三种超光速现象——曲速引擎
曲速引擎就是在时空中制造一个时空泡,飞船在时空泡中相对静止,时空泡以超光速运动,带动飞船一起前进,这就类似我们驾驶着一艘小船,小船并没有前进,而是跟随着水流的速度前进,水流的越快,小船行驶的速度就越快,水流的越慢,小船行驶的速度就越慢,曲速引擎就是这个原理,而且时空的超光速运动并没有违反爱因斯坦的理论,因为时空运动本身并没有传递任何信息,就像宇宙超光速膨胀一样,这种超光速并未传递信息,不违背光速不可超越的法则。
科学家认为,这种方式通过操控飞船周围的时空,让前面的时空压缩,后面的时空伸展膨胀,这样就能够带动时空泡超光速前进。
科学家认为,曲速引擎也是有一定限制的,因为宇宙空间不可能被无限制的扭曲,当曲速引擎达到9.9999级时,就是它的极限,而这个速度能够达到光速的20万倍,这对于人类来说绝对是一个好消息,如果人类真的能够实现曲速引擎,那么人类飞出太阳系就非常简单了,不仅如此,人类还能够飞出银河系,探索更大的宇宙空间,这样人类就能够飞行到类似地球的行星上面,看看这些行星上面是不是存在生命,现在科学家也在积极的研究曲速引擎,值得让人兴奋的是,美国科学家曾经在研发期间发现了世界上第一个纳米级翘曲气泡,这对人类研究曲速引擎来说意义非凡,未来随着人类科技的进步,说不定人类真的能够实现曲速引擎。
现在人类能够想到的超光速现象只有这三种,毕竟人类对宇宙的认知是有限的,宇宙浩瀚而神秘,在宇宙中可能还存在其它的超光速现象,而且宇宙中还隐藏着很多非常强大的能量,比如说反物质,反物质和正物质相遇时,会发生湮灭,并且释放出巨大的能量,这种物质转化能量可以达到百分之100,我们的核聚变转化率也只有百分之0.7,核裂变的转化率大约是百分之0.135,从转化率我们就能够知道反物质到底有多么强大,我们的太阳就是通过内部核聚变的反应来释放能量的,对于我们来说,太阳的能量非常大,但是它的转换率也只有百分之0.7,如果人类真的能够在宇宙中找到大量的反物质,对人类的科技发展来说,有很大的帮助。
除此之外,科学家认为宇宙中还存在暗物质,暗物质占到了宇宙总质量的百分之90,我们的恒星、行星、彗星等等占到了宇宙总质量的百分之10,这说明暗物质才是宇宙中最主要的物质,科学家认为,暗物质非常强大,它能够释放出暗能量,这种能量可以推动宇宙不断的膨胀,还能够控制天体的运行,为了寻找暗物质,科学家们也做了很多努力,但是这么多年过去了,科学家并没有在宇宙中发现暗物质,这说明暗物质或许比我们想象的还要神秘,不过人类是地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步,未来随着人类科技的进步,说不定我们能够找到暗物质,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家认为宇宙中还有哪些超光速现象。
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