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在地面探索宇宙的青年:牵引“星星”,逐梦九天

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-10

央视网消息:(记者/姚抒廷)宇宙,广袤而深邃;

星空,悠远而神秘。

几千年来,人类对飞天的向往,对探索的渴望从未停止。

从托举神舟、遥控嫦娥到牵引“玉兔”、驾驶“祝融”,平均年龄不到35岁的北京航天飞行控制中心的青年科技人才群体精测妙控、逐梦九天,一次又一次见证和创造着中国人筑梦太空的新纪录。

2018年嫦娥四号任务 “龙江二号”拍摄地月合影

这群在地面不断探索宇宙的年轻人,在我国载人航天工程、探月工程、行星探测工程飞行控制和航天器长期管理任务中,担负着指挥调度、轨道设计、空间操控等至关重要的职能。

一屏数据、一支话筒、一个操作台,是“北京明白”的标配。

灯火通明、通宵达旦的飞控大楼,和星光点缀、银杏摇曳的航天城大道,也始终陪伴着他们。

一名合格的“北京明白”需要具备哪些素质?高健牢记着组长杨彦波强调的“四商”:一是体商,二是情商,三是智商,四是逆商。

“体商”,是指身体素质一定要好,才能扛住高密度、高风险、高频率、高标准、高关注、高压力的工作节奏;

“情商”,是指需要掌握高超的沟通技巧和协调方法,才能高效完成任务,处理问题游刃有余;

“智商”,是指掌握过硬的飞控技术,熟悉一切工作流程,面对情况反应果断迅速;

“逆商”,是指逆势而上,面对困难能够顶住压力。

对于航天测控来说,规划总体方案是举足轻重的第一步,从来不是一件容易的事,那么完成空间站测控任务方案规划,更是难上加难。

这一重任,历史性地落到了“80后”博士谢圆的肩上。

为了实现最佳空间站测控方案,谢圆和团队一起调研、协调、设计方案、桌面推演、联调联试......

永不倦怠的拼搏,是这群青年的常态。

除了工程师的身份,谢圆还是两个女儿的妈妈。

2021年,备战神舟十二号航天员出舱任务时期,为了能够兼顾任务和家庭,谢圆为自己制定了“超强作息表”:早晨6点半回家,陪孩子做好上学前的准备;

8点上班;

18点下班,陪伴家人、辅导孩子作业;

待21点孩子睡后,再回到办公室加班;

工作到次日凌晨后便直接在办公室休息;

次日6点半再回到家做早饭,循环往复,24小时就这样被她掰成了48个小时使用。

2021年5月15日,北京航天飞行控制中心收到远在4亿公里的火星车着陆后发回的第一次实时遥测数据,这代表着中国火星车安全成功着陆火星表面!那时,飞控大厅所有人都沉浸在胜利的喜悦中,但第四指挥厅的遥操作团队例外。

负责人张辉郑重地接过火星车遥操作的指挥棒,开始了地球人与火星日的生活。

为了能够精准掌握“天问一号”的情况,也为了尽早精准操控“祝融号”火星车平稳驶离,地面的“火星车驾驶员”跟着祝融号倒起了时差。

一天天过去,地球和火星的累积时差会越来越大。

由于生物钟长期紊乱,张辉的身体亮起了红灯,他开始食欲下降,吃不下东西。

晚上值班时,他突发急性胃炎,被紧急送往医院。

看到如此严重的病症,急救室医生心疼地说:“你怎么能只知道照顾天上的火星车,不知道照顾自己的身体?”

“千人一星、万人一箭”,历代航天人用默默坚守铸就了中国航天的“高光时刻”。

长久以来,航天事业靠团结协作绘就灿烂的问天轨迹,每一位飞控人都在为之奋斗,用尽心换安心。

他们虽专业不同、岗位有别,却能做到通力合作、密切配合,遇到问题共同商量,出现困难共同研究,留有余量共同掌握,存在风险共同承担。

这群牵引“星星”的年轻人,在协作中成长,在守护中国星座中书写青春。

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