由于宇宙有着无法估测的范围，大量的天体和星系出现在这里面。

　　人类在中世纪后发明了地理望远镜之后就开始窥视世界，到了近现代随着人类在航天范畴的科技发展迅速提高，越来越多的人造卫星、太空望远镜和探测器等地理设备代替人类去探究更悠远的世界。

现在人类可以探测到的世界规模大约是930亿光年，但科学家表示这还不是世界终究的界限，仅仅人类的探测能力有限，也可以以为世界便是这么众多无边。

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　　因为世界有着无法估测的规模，很多的天体和星系呈现在这里面。

关于人类来说，太阳系实在是太大了，可是关于银河系来说，太阳系仅仅一颗小小的恒星系。

相同地，关于太阳系来说银河系几乎众多无边，但银河系也是世界中的一个小星系，用“九牛一毛”来形容世界里的银河系最合适不过了。

由此可知银河系并非是世界中最大的星系，那么世界最大的星系又是哪一个呢？

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　　据科学家的介绍，人类现在在世界中探测到最大的星系名为IC 1101。

它的直径超过了400万光年，银河系和它比起来连它的千分之一还不到。

咱们的银河系中存在着一个超大质量的黑洞，IC 1101的中心区域相同也存在着一颗超大质量的黑洞，有科学家估测这个黑洞相当于1000亿颗太阳。

这对很多人来说已经是地理数字了，底子无法感受到它有多么可怕。

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　　现在科学家们对这个星系的内部还不是很了解，仅仅大概知道了这个星系的一些基本情况，例如它距离太阳系大约有10.7亿光年。

科学家经过地理望远镜拍摄到这个超大星系的姿态，在相片上它占据了很多的面积，看起来就像一个“大柠檬”。

除此之外研讨人员还经过核算以为这个星系的体积比银河系要大1000多倍，而且它里面的大多数恒星都是富含金属的恒星。

因而有网友设想假如人类可以去到这样的星系中，那么肯定不必愁矿产资源的紧缺。

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　　IC 1101的发现让人类再次认识到了咱们在世界中只不过是一颗“尘土”。

在还没有发现银河系外的星系之前，在如此众多的银河系面前人类就已经产生了低微的弱小感，毕竟太阳系相当于银河系里的一块小“石子”，而地球又仅仅太阳系里的一块小“石子”。

现在和IC 1101比起来，银河系相当于一块小“石子”，这么一比较，地球在世界中的存在就可以忽略不计了。

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　　同时科学家表示，IC 1101的呈现将会改动以往人类对星系的一些看法。

而且在未来的很长一段时间内人类将很难再发现比IC 1101更大的星系了，因为它的大已经打破了人类对星系的一切定义。

现在人类的科技水平还不足以对它的内部进行充分的研讨，科学家所获得的星系也非常有限，因而它内部的结构到底是怎样的还需要进行合理的假定和模拟。

有人会以为，研讨这么大的星系有什么意义呢？关于一般人来说确实意义不大，但关于地理学家来说这便是他们的任务。

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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