导语:
宇宙从某种意义上来说是一个含义非常广泛的词。
因为宇宙就是指空间与时间本身的集合，也就是说宇宙里应该包含一切东西最初的状态。
而随着时间的不断推移，这些东西也得到了扩展与延伸，形成了行星、恒星、星系等各种各样的结构。
而人类对宇宙的认识也经历了漫长的发展历程，从古希腊时期人们凭借肉眼观察宇宙，在很大程度上是一个没有科学依据的阶段。
而人类的明亮的科学探索精神，这才让科学技术不断进步，逐渐将这个神秘的宇宇宙变成了有迹可循，有法可查。
古希腊时期。
早在公元前400多年，古希腊学者欧多克斯就提出了地心说。
根据他的观点，地球是宇宙的中心，其他的天体都是围绕着地球运动。
而同时期也有其他学者认为日心说，太阳才是宇宙的中心。
但是因为当时的观测手段比较落后，无法证实哪种说法是正确的。
所以一直要等到1609年，伽利略才制造出了第一个天文望远镜，通过这个工具，天文学家们才有了更高精度的观测手段。
这也改变了许多之前认为无法被动摇的观点，比如地心说就被证明是错误的，实际上太阳才是宇宙的中心。
但是即便是拥有了高精度的观测手段，天文学家们也依旧对宇宙的认识十分有限。
直到1920年，古根海姆宇宙会议召开，在这次会议上，天文学家们就宇宙的规模展开了激烈的争论。
当时的观点主要集中在两个方面：一个认为宇宙只是我们太阳系的延伸，另一个则认为宇宙是无尽的，包含了无数个星系。
直到1923年，哈勃通过建立了一种测量距离和光度的方法，揭示了宇宙的规模超出了人们的想象。
他的观测结果表明，宇宙中存在着数以万计的星系，每个星系都有数以亿计的恒星，而这只是宇宙的一部分，甚至无法超过宇宙的整体。
哈勃望远镜深场观测。
随着现代天文学的不断发展，人们逐渐掌握了观测星系的能力。
在1995年，哈勃望远镜进行了深场观测，这是人类历史上首次对宇宙进行如此深远的观察。
结果令人叹为观止，观测区域的每一寸空间都布满了星系，甚至在最远处有着更小的星系。
在那次观测中，哈勃望远镜捕捉到了500张图像，花费了10天的时间。
结果显示，宇宙中的星系数量和构造远比人类想象的要丰富得多。
同时，这次观测还发现了一些不成熟的星系，它们正在形成过程中，可能会在数百万年后发展为成熟的星系。
经过分析数据，科学家们最终得出了一个惊人的结论，宇宙中至少存在着2000亿到2万亿个星系。
随着科技的不断进步，科学家们掌握了更强大的观测工具，新一代的詹姆斯·韦伯望远镜也在不断地推动着这一领域的发展。
宇宙的复杂性与美丽。
宇宙的宏伟与复杂让人不禁感到渺小，但是同时又令人心醉不已。
每个星系都是一个庞大的星系系统，其中有着数以亿计的星星，有的可能已经诞生了自己的行星系统。
星系之间也在相互作用，有的星系可能会撞击和融合，形成更大的星系，而有的星系则可能会因为引力和其他因素的作用而逐渐分散。
此外，宇宙中还有着许多其他的结构，比如星云、黑洞和暗物质，它们共同构成了宇宙的丰富性，让人们对其充满了探索的热情。
尽管我们对宇宙的理解已经取得了巨大的进展，但是仍然有许多谜团等待着我们去解开。
随着科学技术的发展，人类将继续探索宇宙的奥秘，揭示更多的秘密。
结语: 感受宇宙的和谐与壮观。
宇宙是一个充满了神秘和美丽的地方，我们对它的探索是一项永无止境的任务。
每一个发现都是人类智慧的结晶，每一个观测都让我们更接近于理解宇宙的本质。
尽管我们无法完全理解宇宙的奥秘，但是作为智慧生命的一部分，我们能够感受到宇宙的和谐与壮观，这本身就是一种巨大的幸福。
未来的科学家们将继续努力，让人类对宇宙的理解不断加深，揭示宇宙的秘密，让我们更好地理解自己在这个浩瀚宇宙中的位置和意义。
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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
