黑洞和虫洞：通往其它宇宙的隧道？
据俄罗斯卫星网：黑洞(black hole)和虫洞（wormhole，又称爱因斯坦-罗森桥Einstein—Rosen 1idge）很早前就成为许多讲述科幻电影和电视的习惯性象征，在这些作品中，航空旅行者利用它们在宇宙中疾速移动。
穿越时空的旅行在多大程度上像是真实的？俄罗斯科研教育“5-100项目”大学的物理学家们向俄罗斯卫星通讯社和广播电台做了介绍。
什么是黑洞？
物理学家们通常把带有如此强的重力，以至于任何物质、能量一旦落到那里就无法挣脱的时空区域称之为黑洞。
黑洞在空间上受到边界的限制，任何物体或射线都无法挣脱到边界之外。
这样，身处黑洞之外的观察家们无法获知黑洞之内情况如何的任何信息。
俄罗斯人民友谊大学（PFUR）重力和宇宙学研究所教授基里尔·布龙尼科夫说，按照相对论，黑洞的几何形状是用爱因斯坦重力场方程（Einstein field equations）描绘的，方程之间的联系是扭曲的时空度量，度量拥有充填时空实体的性质，而重力--是时空曲率的表现。
布龙尼科夫介绍说：“学者们从理论上描述了黑洞的几个类别。
它们的区别在于是否具有或缺乏旋转、电荷和其它可能的参数。
有人认为，黑洞可能是在相当庞大的星体在其进化的最后阶段受到挤压时出现的。
”
布龙尼科夫说，无法看到黑洞，因为外部观察者无法直接从事件视界（event horizon）获得某种信息。
因此，黑洞只能间接表现自己--从经过它旁边的光线弯曲、从落到它上面的周边物质发出的电磁辐射，等等。
学者们迄今也不明白，黑洞的内部区域是什么样的。
按照相对论，黑洞内应该有无限大的时空曲率值、密度和物质压力。
但许多研究者们认为，这样是不可能的。
布龙尼科夫指出，“我们在这里遇到了我们关于时空的经典概念的适用边界，步入了一个目前还没有构建出来的量子重力的未知领域。
”。
洞悉黑洞内部的观察员在跨越事件视界时，来到了新的膨胀宇宙。
寻觅黑洞
地面-宇宙干涉仪观察项目“射电天文”（RadioAstron）于2019年年初结束，这种干涉仪的分辨率比着名的哈勃天文望远镜还要高几千倍。
“射电天文”项目有几十个最强大的地面射电天文望远镜和宇宙观测台，彼此之间靠专门算法连接。
莫斯科物理技术学院（MIPT）宇宙相对性客体基础和应用研究实验室主任尤里·科瓦廖夫透露，“射电天文”项目帮助俄罗斯天文学家们发现，在OJ287类星体中心的巨蟹星座中有两个超大黑洞，它们在相距不远处旋转。
他介绍说：“未来，我们计划借助于地面-宇宙干涉仪，在更短的波长内研究在我们的银河系和其它星系中的黑洞的邻域。
这有助于我们检验关于其它物体存在的‘虫洞'理论概念。
”
通往其它维度的隧道
虫洞--是宇宙最令人好奇的客体，学者们对它的存在争执不一。
这是我们所处宇宙的遥远区域之间，或者甚至是不同宇宙之间，以独特隧道形式出现的时空构型。
俄罗斯国立核研究大学莫斯科工程物理学院(MEPhI)教授谢尔盖·鲁宾介绍说：“虫洞与黑洞近似，因为它是带有相当强的重力和空间曲率的局部客体。
但与黑洞不同的是，虫洞没有‘陷阱'--事件视界，因此从理论上来说，不仅准许‘进入'，还准许‘出去'。
也就是说，虫洞是可以穿过的。
”
尽管虫洞不违背相对论，且一些宇宙理论已经预见到它，但担任这类客体角色的现实候选物体迄今仍是未知的。
此外，虫洞暗示着相当不典型的时空几何形状，为维持这种几何形状需要带有异样性质的物质（比如，带有阴性的能量密度）。
鲁宾强调：“在自然界发现虫洞或者在实验室中建造出虫洞，就意味着时空物理学的真正变革。
”
鲁宾不赞成荷兰内梅亨大学的海诺·法尔克(Heino Falcke)教授的信心，菜叶说说，后者相信，事件视界望远镜（Event Horizons Telescope）项目不久前捕捉到的M87星系中心的巨大黑洞图像可能证实了时空结构中的隧道的存在。
维度的精确度不足以得出最终结论。
与此同时，关于这些客体的理论概念有助于学者们更深刻地理解时空和重力的性质。
如何钻进虫洞？
俄罗斯康德波罗的海联邦大学教授阿尔乔姆·尤罗夫认为，不是所有有关通往其它维度的隧道的科幻电影都距离现代科学理论很远。
他介绍说：“在好莱坞电影《星际穿越》（Interstellar）中，关于黑洞和额外空间的信息符合科学概念。
这毫不令人惊讶，要知道电影的科学顾问是诺贝尔奖得主、黑洞物理学领域的专家基普·索恩（Kip Stephen Thorne）。
”
尤罗夫认为，虽然虫洞可用物理学定律来解答，它们无法自己出现，但在技术和科学方面极为发达的文明可以制造出虫洞。
今天物理学家们正在考虑构建不会快速塌落的虫洞的可能性，也在考虑如何使虫洞大到足以容身却又不连其中的分子都不遭到破坏。
鲁宾介绍说：“假定可以通过虫洞发送人类的基因组。
按照计算，存在通往额外维度的漏斗，但它们目前极小。
”
鲁宾认为，假定未来可以通过虫洞把人类从濒临毁灭的宇宙送往另一个刚开始存在的宇宙。
为此不一定把人类的形体发送过去，只需把基因组信息发过去就好了，人类文明在新宇宙中可以在这些信息的基础上自行恢复。
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
