地球是人类唯一的家园,但近些年来,随着人类经济建设的不断发展,地球上的环境也正处于破坏之中,如何能够保护我们的家园是人们越来越关注的问题。

然而同时也有越来越多的科学家认为,我们应当从地球出发,去探索其他星球,寻找人类的第二家园。
如果只有一个家园,我们又如何能够守护它?
因此,从月球开始,人类就一直在探寻外太空的奥秘。
但是,你们知道月球离地球有多远吗?
太阳又离地球有多远?
那么银河系又有多大?
宇宙到底有多大呢?
可观测宇宙又在何处?
尽管地球是一个很小的星球,但是它上面的生物能够占据一个生物圈,在地球相对较为恶劣的环境中传承下来。
所以地球上的生物,也许会对自己所处的这个星球充满感情。
但是地球距离我们最近,因而对它的探索也进行了数千年的历程。
在地球诞生之初,它只是一个冰冷的石球,没有大气,没有海洋,没有生物,没有任何的营养,就在一片寂静的环境中在太阳系中旋转。
在数千万年的发展过程中,陆地和海洋出现,有机体在这里孕育,千千万万的生物在地球上繁衍生息,并逐渐发展为地球上的生态系统。
地球是太阳系中独一无二的行星,它不单单是一个提供生命的地方,还是沙漠这座大自然城市中的一颗稳定的星球。
如果没有地球上的海洋、陆地、气候,我们的人类可能就不会生存了。
即使我们有了这些条件,地球的生物也会形成几十亿年,甚至上百亿年的时间。
尽管地球的环境也在不断演变,但是地球上的生物群也在不断演变,这都成为我辈的祖先遗志,也是我们人类能够在地球上长寿的原因。
在人类的眼中,地球只是一个非常小村落,它的一砖一瓦都无法满足人类发展的规模和欲望,因此,人们更愿意去探索其他星球,寻找新的生机。
2. 月球。
在我国上世纪七十年代的时候,人类完成了送人上月的伟业,开拓了太空探索的新纪元。
我们的月球,虽然比地球小很多,但是它参与到地球的演化中,也是自然的一部分,孕育出了自然的伟大意义。
在我国古代,月球就是人们向往的上天之路,在民间,有许多赞美月亮的诗歌和神话。
月球虽然没有地球上那么复杂的生态系统,但是在它的表面,人类还是发现了很多有趣的东西。
诸如硬直的地面,广漠的月海,复杂曲折的地貌,都是月球表面的主要特征。
在月亮的表面还发现了火山口和陨石坑,这些都表明月亮曾经经历过巨大的磨难和变革。

在六十年代末的时候,美国成功将“阿波罗”号宇宙飞船送上了月球。
阿波罗计划是人类有史以来最大的一次探索外太空的活动,也是人类开创的太空探索历史。
在那之后,其他国家也纷纷开始了在月球上的探索和开发。
据我国的探测器观察,月球上的地貌不仅漫不可及,而且非常古老,所以,月球的主要形成过程是太阳的照射和星球引力。
在数十亿年的夹杂下,月球的主要结构逐渐显露,接着变成现在这个大模样。
也是人类生存的根本原因,因为太阳作为地球的二维副本,提供了地球上百分之九十的能量。
太阳的温度温度是地球上海洋湖水的五百度,海洋湖水的温度是太阳的算数。
但是太阳的温度不是恒温的,它的温度是地球上火山口熔岩的温度,火山口熔岩的温度是太阳的温度,这个温度是死的。
太阳在太阳系中,不仅是太阳系统的中心,也是太阳太阳系统中的最大的天体,它的质量占太阳系统质量的百分之九十,而且它的大小占太阳系统体积的百分之九九。
因此,太阳是太阳系最明显的天体,通常只要有机体胸廓的地方都可以看到太阳。
太阳还是太阳系中最明显的生命学天体,它能够很容易的感受到太阳的温度。
这个温度不是很高的,有待于阳光的直接照射下,它就会很快暴晒出去,变得晕头转向,最后死掉。
此外,太阳还是太阳系参与演化的一个很大的原因,繁衍出了太阳同样的蓝天,地球上才能诞生出紫外线,从而具有生命。
但是太阳是地球上的所有生物共同的消耗源,是所有生物在地球上的寿命,它所提供的能量,可以让它们长寿,也可以短命,因为这个寿命是有限的。
此外,太阳和地球之间都有一些相对的关系,比如太阳的周围都有地球,地球的周围映照着太阳。
因此,太阳和地球之间的关系是比较对等的。
此外,太阳和地球之间还有一定的关联,它们之间相互感受着彼此的气息,运动着,互相影响着。
因此,我们常常将火星称为天王星,它也被称为混沌之星。
火星无疑是太阳系中最大的行星,比太阳还大,太阳也比火星大,火星是太阳系第一大行星。
探索者1号在1977年拍摄的太阳系最大赤道风暴中,太阳大气层长达1.6亿公里。
因此,它和太阳之间的距离绝对不是一观的大小。
在2008年,可是探测器1号从地球上距离太阳最近的位置拍摄了一张太阳照,照片中,大气层的可见光层呈现绚烂的彩色。
从地球上看太阳的时候,太阳的大小就显得很小,因为地球和太阳之间的距离只有1个天文单位,而且太阳是一个恒星。

因此,地球上从来没有人看清楚太阳的全貌,从来没有人看见太阳的直径。
从太空上看太阳的时候,人们才发现,太阳是一个很大的物体,比地球的体积还大,太阳的表面是纷纷扰扰的火山口,太阳的内部是一个焦炭般的巨大的光球,表面和内部的温度相差大约1000万个华氏度。
这个温度几乎是人类能够想象的最高的温度,对于宇宙环境而言,是温度的一个基准值。
综上所述,太阳是宇宙中温度最高的物体,它的温度是1000万华氏度,所以它的表面很热,人们就像是到了一片炽热的火焰中间,会瞬间蒸发。
因此,太阳只是宇宙的一个很小的物体,但是它的温度却非常高,因此,它在人类的眼中,变得很大很大。
5. 海王星。
海王星是太阳系第八大行星,离太阳最远,外太空最冷的一个星球,也是太阳系中第八颗行星。
它是离太阳最远的行星,大气层最稀薄的行星,海王星在亚热带地带,海王星是太阳系第八大行星,最年轻的行星,也是现今人类正在积极探索的行星。
因此,它在太阳系中的位置非常特殊,又非常冷。
这是因为它的地球公转周期很长,大约是16年多,而且它的太阳公转周期也很长,大约是165年。
另外,由于它没有自转,所以在空间中停留的时间也很长。
海王星不仅是最年轻的行星,也是最大的行星,最亮的行星,因此它被称作“大地之王”。
海王星不仅在别的行星上看是很大的,就连太阳从海王星上看起来也非常大,加上它的光辉熠熠,所以它又被人们称作“大地之王”。
我国的探测器在2010年在火星附件发现了一颗类地行星,这颗行星叫作海王星,海王星距离太阳最远,是文明生命的最后的探索之地。
探测器在海王星上发现了一些有趣的景象,在海王星的表面,既有火山,又有温泉,还有类地生物的存在。
探测器运行了一年多的时间,接收到了大量的图像资料,是我们研究太阳系的一个重要短板。
在海王星上发现有显著的光学漂移现象的地方,是我们寻找地球外文明的最后的希望。
此外,海王星上还发现了一些有趣的地形,比如,有一处地处的风向很强,温度低,还有一处地处的风神很强,温度高。
在距离太阳系24光年的地方,旅行者1号进入了星际空间,开始探索太阳系外的星空。
在距离太阳系24光年的地方,旅行者1号拍摄到了太阳系外最亮的恒星,也是最醒目的恒星。
在距离太阳系30光年的地方,旅行者1号拍摄到了太阳系外最亮的恒星,也是最醒目的恒星,同时,还发现了太阳系外火星的波动,有着风力,温度和光照都很大。
银河系顶部的光芒中,有星云的虚像,有这些虚像,可以对太阳系中的星星进行研究。
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.
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