可观测宇宙中有97%的星系已失联？专家称人类正面临孤立的危险

宇宙，是一个神秘而宏大的存在，这个浩瀚无垠的世界总会让我们产生很多的疑问。

在观测宇宙的范围内，已经有上万亿个星系可以供我们研究，但仍有97%的星系与我们失联，这让人类面临着孤立的危险。

本文将为大家详细解析人类面临宇宙孤立的危险，并揭秘可观测宇宙背后的秘密，让我们共同探索宇宙的奥秘。

可观测宇宙

1、可观测宇宙的由来

可观测宇宙指的是从我们能够观测到的最远距离开始，朝外展开的全部宇宙部分。

因为当前我们使用的观测技术是依赖于光的传播，而光的传播速度是极为有限的，所以我们观测到的宇宙范围是有限的。

据天文学家的估算，可观测宇宙的半径约为460亿光年。

2、可观测宇宙中的星系

根据天文学家的研究，可观测宇宙中存在着上万亿个星系，其中包括了我们所处的银河系。

尽管星系数量巨大，但是我们当前所能观测到的星系却有限，这是因为光的速度是有限的，我们只能观测到哪些星系向我们发送了光信号。

可观测宇宙的膨胀

1、光行距离和视线距离

对于一个恒星或星系，我们从其向我们发送光信号的时间，是用来计算距离的重要指标。

我们通常称这个距离为视线距离。

相对地，太空中不断膨胀的距离，被称作光行距离。

由于宇宙在不断膨胀，视线距离将随时间不断增加，视界之外就是失联的星系了。

2、星系的退行

宇宙的膨胀导致星系之间的距离在不断地被"拉长"，所以在我们看来那些遥远的星系都在远离我们而去，我们可以将星系因为宇宙膨胀而远离我们的这种状态称为"退行"。

即使我们从过去的光行距离角度看向星系，由于光速的限制，我们看到的仍是一副星系正在远离我们的景象。

就像一个飞速奔跑的火箭，它发射出的信号，从outerspace返回Earth的时间会随着火箭不断进行变化。

可观测宇宙中的失联星系

1、计算失联星系的数目

根据研究结果，可观测宇宙在整体上由于宇宙的膨胀效应，已经失联了大约97%的星系，而目前我们所观测到的那半径约为460亿光年的可观测宇宙，只占宇宙总体的3%，易证可观测宇宙中的星系无法满足宇宙整体的分布规律。

2、星系的极限距离

当观测到的星系离我们过远时，它们将远超光行距离，所以我们就无法获得新的信息，星系从观测范围内逐渐消失。

可观测宇宙的不确定

1、宇宙背景辐射

宇宙背景辐射最早是由美籍天文学家佩内齐特发现的，在观测银河系时，发现了一种电磁辐射，随后他们发现这种辐射不仅来自于银河系，而来自Everywhere，而且十分均匀。

这种电磁辐射被称为宇宙背景辐射，它证明了宇宙大爆炸模型的假说，也可以作为估计宇宙年龄的依赖值。

2、宇宙常数问题

宇宙常数是研究宇宙膨胀速度的重要参数之一。

它代表了宇宙膨胀的加速度，关系到宇宙的前景和演化。

研究人员通过不断地观测数据分析，最终认为哈勃常数是75km/s/Mpc。

但是，随着观测技术的不断发展，这个数值的固定性也越来越受到质疑。

总体而言，可观测宇宙中的星系的数量已经达到了十几亿甚至更多，但仅仅只有很少一部分被我们观测到，其他的星系都是因为相对速度的加快而失联的。

如果继续以现在的速度观测下去，我们所可以观测到的范围将会变得更小，而失联的星系也会不断增加。

这也意味着，我们对于宇宙的了解和认知仍然存在很大的不确定性和局限性。

无论如何，探索和研究宇宙的过程是一场漫长而奇妙的历程，相信随着科技不断进步，我们对于宇宙的认知和理解也将不断深入。

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