小火箭出品

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说起太空探索先驱,人们通常会想起1961年4月12日进入太空的加加林。

1961年4月12日,莫斯科时间上午9时07分,尤里·阿列克谢耶维奇·加加林乘坐东方一号宇宙飞船从拜科努尔航天发射场起飞,在远地点为301公里的轨道上绕地球一周,历时1小时48分钟,于上午10时55分安全返回,降落在萨拉托夫州斯梅洛夫卡村地区,完成了世界上首次载人宇宙飞行,实现了人类进入太空的愿望。
他驾驶的东方一号飞船成为世界上第一个载人进入外层空间的航天器,就在他的108分钟的飞行过程中,加加林由上尉荣升为少校。
在这次历史性的飞行之后,加加林荣获列宁勋章并被授予“苏联英雄”和“苏联宇航员”称号,并曾多次出国,访问过27个国家,22个城市授予他荣誉市民称号。
1962年,加加林当选为第六届苏联最高苏维埃代表。
但是,实际上,第一个进入太空的灵长类动物并不是人。
猴子,才是真正的太空先驱!
且不说,自古以来,孙行者就有着上天入地的本领。
早在1948年,人类就开始尝试把猴子送入太空了。
猴子宇航员承担起艰巨的任务,为“愚蠢的人类”探索火箭飞行过程中的种种注意事项。
1948年6月11日(鼠年),一只名叫阿尔伯特的猕猴被塞进一枚V-2导弹中。
随着一阵轰鸣,导弹飞向天空,完成了一次典型的弹道导弹的飞行。
阿尔伯特飞上了6万3千米的高空后,随导弹一起坠落。
牺牲的阿尔伯特成为当时到过离地面最远的地方的一只灵长类动物。
图为NASA记录的珍贵影像。
阿尔伯特为人类探索未知做出了重大贡献,是第一只牺牲在奔赴太空的征程上的灵长类动物。
阿尔伯特·爱因斯坦
1949年6月14日,阿尔伯特II搭乘V-2导弹升空。
阿尔伯特II的最大高度达到了134千米,超过了100千米卡门线的高度。
它成为了史上第一个进入太空的灵长类动物。
但是在返回过程中,降落伞没能顺利打开。
阿尔伯特II成了第一只牺牲在再入返回过程中的灵长类动物。
阿尔伯特II就是坐着这枚V-2导弹(火箭)进入太空的。
1949年9月16日,阿尔伯特III乘坐V-2导弹升空。
导弹在离地10700米的时候爆炸,使阿尔伯特III成为了第一只在导弹升空过程中因爆炸事故牺牲的灵长类动物。
1949年12月8日,阿尔伯特VI踏上了征程。
它的最大飞行高度达到了130.6千米,也进入了太空。
但是,在再入返回的过程中,降落伞未能顺利打开。
阿尔伯特VI是最后一只乘坐V-2导弹探索太空的猕猴。
1951年,这只叫做约里克的猴子成为了首只由火箭发射后成功返回的猴子。
可惜它当时的最大飞行高度为72千米,还未进入太空。
1959年12月4日,宇航员山姆。
这只猕猴被德克萨斯州大学的科研人员放入太空舱中,准备送往瓦勒普斯岛发射场。
穿上飞行服的猕猴山姆,摄于1959年。
它在随后的飞行中达到了88千米的高度。
这次飞行没能飞出太空是有原因的。
设计人员正在测试早期的火箭逃逸系统。
山姆在火箭升空1分钟后被弹出。
逃生舱在空中平稳降落,溅落在广袤的大西洋上。
平安无事的山姆成为了世界上第一个成功乘坐火箭逃逸系统的灵长类动物。
功成名就的山姆一直活到了1982年。
1959年5月28日,木星火箭带着阿贝尔和贝克升上太空。
他们经历了16000千米/小时的极速,忍受了高达38g的峰值过载,并经历了长达9分钟的失重状态,获取了大量宝贵的数据。
之后,它们平安返回。
图为阿贝尔的实验室工作照。
可惜的是,在1959年6月1日,医生给阿贝尔实施手术取出传感器的过程中,出现了麻醉事故,阿贝尔牺牲。
如今,被制成标本的阿贝尔在国家航空航天博物馆中继续接受着人类的感谢和敬仰。
贝克则健康地活到了1984年11月29日。
死后,它被埋葬在位于亚拉巴马州亨茨维尔 的美国国家太空与火箭中心公墓中。
图为贝克小姐与木星火箭模型的合影。
1961年1月底,喝了一罐牛奶,吃了半个鸡蛋和一些维生素片的哈姆正在接受检查。
体重33斤半的黑猩猩哈姆将要成为一个传奇。
1961年1月31日黑猩猩哈姆穿上了飞行服坐在太空舱中,准备进入太空。
这个时期的猴子和猩猩宇航员已经能够适应太空失重环境,并且能够通过飞船内的机械装置完成进食和一些简单的操作任务了。
哈姆在太空座椅中,目光深邃且凝重。
有时候也比较傲娇:哼,我哈姆才是真正的太空探索先驱噢!
哈姆在太空舱内的工作照
哈姆在工作人员的陪同下在卡纳维拉尔角发射基地溜达。
这只4岁的黑猩猩是同类当中第一个进入太空的。
1961年的那次发射,充满了惊险。
因弹道设计和操作控制的问题,飞船的飞行速度达到了9400千米/小时(远远超过了2331千米/小时的设计速度)。
飞船在大西洋中的实际落点大幅偏离了预定落点。
当营救小组匆匆赶到的时候,飞船已经在大西洋的巨浪中翻滚了2小时40分钟。
飞船舱体受损,部分舱室已灌进海水。
然而,冷静的哈姆还是等到了救援人员,成为了英雄猩猩。
哈姆登上了报纸的头版头条

它的成功极大地鼓舞了美国的科研人员。
100多天后,1961年5月5日,谢泼德乘坐火箭以类似的弹道进行了一次亚轨道飞行,成为了第一个进入太空的美国人。
参与了水星计划的Little Joe(小乔)
3只分别叫做 Duane、 Jim 和Chu的黑猩猩坐在太空座椅中。
摄于美国新墨西哥州霍洛曼空军基地。
1961年1月。
共有75只黑猩猩参与了这个用于测试灵长类动物在太空中的生理反应的试验。
这是其中3只幸运地留下了影像的黑猩猩。
1961年4月12日,莫斯科时间上午9时07分,尤里·阿列克谢耶维奇·加加林完成了世界上首次载人宇宙飞行。
成为第一个进入太空的人类。
1967年3月7日和3月13日,法国人先后将两只猴子(马丁和维斯塔)送入最高点为243千米和234千米的亚轨道上。
之后,还有进行了其他一些有关猴子的试验。
法国的太空猴计划虽然起步较晚,但是它们从服装的时尚程度上完胜以前的所有猴子。
别人家的猴子看起来都像是经八经儿的要去太空工作的宇航员,法国的猴子看起来就是来度假的。
另外,法国人最先把猫送上了太空,也算是赢得了一个第一。
1969年12月23日,阿根廷用一枚二级火箭将一只猴子送上了82千米的高空后成功回收了火箭的返回舱。
苏联人从1983年12月14日发射了第一只太空猴子Arek之后,陆续发射了大量试验猴子。
其中,1989年9月15日进入太空的Zhakonya和Zabiyaka创造了当时灵长类动物的太空生活时间纪录:13天17小时。
1997年1月,一只名叫 Lapik的猴子正在太空舱内向外张望。
它是俄罗斯、美国和法国的一个联合试验项目中的明星。
据报道,2013年1月28日,伊朗将名为“吉利”的猴子送入距离地面116千米的太空并成功回收。
2013年12月14日,有报道说伊朗进行了另外一次成功的太空猴试验。
时至今日,由太空猴来进行参与的太空探索试验已经不多了。
试验假人技术的成熟以及几十年来的数据积累使得人类已经不太需要灵长类祖先来帮助人们探索充满危险的未知世界了。
但是,在猴年到来之际,我们仍然有足够充分的理由来纪念和感谢这些真正的太空探索的先驱者。
在人类踏上星辰大海的茫茫征途之前,猴子和猩猩做出了重大贡献。
它们为了人类能够迈出的那小心翼翼的第一步牺牲了太多太多。
可以说,人类在太空生存的技能是由那原本能够踏上筋斗云,一个跟头十万八千里的猴子教会的。
小火箭情怀制作
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