超级木星现身宇宙，质量大得令人吃惊，最大的行星可以有多大

木星的质量大约有1.9亿亿亿吨（1.8982 x 10^27千克），即使将太阳系中其他的七颗大行星的质量全部加在一起，也不足木星质量的一半，正因为如此，木星也常被我们称为行星之王。

然而这个称号仅限于在太阳系的范围内，其实在已知的宇宙中，还存在着质量比木星更大的超级木星。

这颗超级木星与我们之间的距离大约为325光年，在天空中位于半人马座方向，其编号为b Centauri AB b，之所以会有这样一个奇怪的编号，是因为它同时围绕着两颗恒星公转，这两颗恒星分别被编号为b Centauri A 和 b Centauri B，它们一起组成了一个双星系统b Centauri。

上图为天文学家利用智利帕瑞纳天文台的甚大望远镜（VLT）获取到的直接图像，图像左上的明亮天体就是b Centauri双星系统，其总质量在太阳质量的6至10倍之间，右上那个的亮点是一颗背景恒星（就一打酱油的，我们不用去管它），右下的那个亮点就是b Centauri AB b了。

观测数据显示，b Centauri AB b与b Centauri双星系统的质心之间的平均距离约为560天文单位（这比木星与太阳的平均距离大了10倍有余），其质量是木星质量的11倍左右，要知道木星的质量是地球的大约317倍，也就是说，b Centauri AB b的质量相当于3千多颗地球。

不得不说，这颗超级木星的质量实在是大得令人吃惊，相信大家在对其表示赞叹的同时，也会好奇宇宙中还有没有比它更大的行星。

由于行星的体积可以因为其密度的不同而出现很大的差异，因此我们通常是以质量作为标准来衡量一颗行星的大小。

实际上，行星的质量是有上限的，因为行星的质量越大，其核心的温度和压强就越高，如果一颗行星的质量达到了木星质量的13倍左右，其核心就会启动氘（D）的核聚变，从而演化成一颗褐矮星。

褐矮星不属于行星，它们是一种质量介于恒星和行星之间的天体，当其质量进一步增加到木星质量的80倍左右的时候，其核心就会启动氕（H）的核聚变，从而演化成标准的恒星——红矮星。

（注：氕和氘都是氢的同位素，氕的原子核只有一个质子，氘的原子核由一个质子和一个中子构成，在宇宙中的氢元素中，有大约99.985%都是氕）

由此可见，从理论上来讲，就算是宇宙中最大的行星，其质量也不会超过木星质量的13倍，如果超过的话，它就会演化成其他类型的天体，而不能称之为行星了，因此可以说，前文所言的那颗超级木星，其实已经接近这个质量上限了。

看到这里，可能有人要问了：如果某颗行星的构成物质中没有氢元素，那它岂不是就没有这种质量限制了？

一颗星球的形成是一个由小到大的过程，首先是重元素（或者固体颗粒）不断地凝聚，当其质量达到一定程度时，就可以通过引力来吸积更轻的元素，一切顺利的话，其质量就会越来越大，引力也会随之不断增强，可以吸积的物质也就越来越多，在星云物质足够多的情况下，星球的质量就会迅速增长。

上图为宇宙元素丰度表，按质量来计算，氢元素占据了73.9%，氦元素占据了24%，余下的2.1%则是其它的元素，要知道恒星和行星都是形成于原始星云之中，而原始星云中的元素丰度其实与宇宙元素丰度等同，也就是说，在形成恒星和行星的原料中，氢元素永远是占绝大多数。

这就意味着，宇宙中的那些质量达到一定程度的天体（不管是行星还是恒星），其物质成分必然是以氢元素为主的。

那么问题就来了，像地球这样的岩石行星，为什么没有像气态行星那么多的氢元素呢？其实这与太阳有关。

地球形成的位置距离太阳较近，太阳的热量会使其附近区域的氢、氦以及各种挥发性物质（如水、氨、甲烷等）只能以气态的形式存在，与此同时，太阳释放的恒星风还会不断地将这些气态物质吹向更远的地方，因此在这片区域中，只有较量的重元素能够凝聚，这样就造成了像地球这样的岩石行星先天不足，其引力也就不足以吸积氢气了。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见`

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