64亿公里外,新视野号捕捉到了我们从未见过的景象

如果让人们想象一下地球以外64亿公里处的太空情况,相信绝大多数人的第一反应就是"一片黑暗和寂静"。

毕竟,那已经是太阳系的极边缘,离我们再远一些就进入了更加神秘莫测的未知区域。

但是,令所有人惊讶的是,美国宇航局的新视野号探测器在这片被认为寂静无光的太空里,竟然捕捉到了一些从未被观测到过的奇异景象。

这一发现无疑为我们打开了通往未知宇宙的又一扇大门。

那么,新视野号在遥远的太空边缘究竟发现了什么?这些发现会对我们已有的宇宙学理论产生什么样的影响和冲击?让我们一起来深入探究这一令人兴奋和好奇的科学发现。

冲向太阳系边缘的勇士

作为美国宇航局最为重要的深空探测项目之一,新视野号探测器肩负着对太阳系边缘进行探测和研究的重任。

其前身可以追溯到20世纪90年代,当时NASA就开始着手这一雄心勃勃的计划,旨在进一步增进对太阳系边缘区域的了解。

2006年1月19日,新视野号探测器终于搭乘阿特拉斯五号火箭,从佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射升空。

经过长达9年的艰苦航行,新视野号终于在2015年7月14日成功进行了冥王星的近距离探测和巡视。

这也是人类有史以来首次实现对冥王星进行亲临探测,无疑是一项里程碑式的成就。

很多人会问,为什么要特意去探测一颗如此遥远的小行星冥王星呢?关键在于,冥王星及其所在的柯伊伯带天体,一直是人类认识太阳系的关键所在。

这些偏居一隅的小行星,可能蕴含着太阳系形成和演化的奥秘。

只有通过深入探测,我们才能真正揭开这片神秘的面纱。

新视野号的探测成果可谓丰硕,不仅为我们带回了大量珍贵的冥王星数据,还为这颗小行星的形貌、大气层等诸多未解之谜提供了重要线索。

但令人兴奋的不仅如此,在2019年,新视野号更是成功飞越了距离地球64亿公里的天体"阿鲁科托",这也使其成为有史以来第一个抵达太阳系极端边缘的探测器。

64亿公里外,宇宙揭示了什么?

当新视野号穿越了地球到阿鲁科托之间的64亿公里距离时,我们原本以为会看到一片漆黑沉寂的太空景象。

毕竟,在那个遥远的边缘,太阳的光芒已经微乎其微,我们难以想象那里还会有什么景象可言。

但令所有人都感到震惊的是,新视野号在那片空间不仅捕捉到了一些微弱的光点,甚至还发现了一些明亮的亮斑!这无疑与我们以往对遥远宇宙的认知产生了巨大出入。

科学家们迫切地想要搞清楚,这些奇异的光线和亮斑究竟代表着什么?

经过仔细分析和推测,科学家们提出了两种可能的解释:

第一,这些微弱的光点很可能来自于遥远恒星发出的散射光。

我们知道,银河系中无数恒星发出的光线在太空中经过多次反射和散射才最终抵达地球,而新视野号恰恰捕捉到了这些遥远星光的痕迹。

第二种解释则与暗物质有关。

科学家们认为,这些奇异亮斑可能是由于暗物质在运动和碰撞过程中所释放出的能量造成的。

暗物质虽然难以直接观测,但它在维系宇宙平衡中扮演着关键角色,这一发现可能为我们进一步认识暗物质提供新的线索。

无论哪种解释最终被证实,这些来自64亿公里外太空的新发现无疑都颠覆了我们对遥远宇宙的既有认知。

这意味着,我们对宇宙的理解远远不够,仍有待进一步深入探索和研究。

一场即将到来的宇宙学革命

对于科学界来说,新视野号在太阳系边缘捕捉到的这些奇异景象,无疑意味着一场即将到来的重大科学变革。

这些发现不仅撼动了我们对遥远宇宙的既有认知,也必将引发一场轰轰烈烈的宇宙学革命。

过去,我们一直认为遥远的宇宙空间应该是一片漆黑寂静,因为那里几乎没有任何光源。

但新视野号的探测结果表明,事实并非如此简单。

在这片被认为杳无

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