比银河系还老30亿岁，6个星系，刷新对宇宙的认知

在我们生活的这个宇宙中，星系是最基本的元素之一。

在我们的星系中，恒星是由氢和氦组成的，而它们的周围则是由大量的其他元素组成。

在我们宇宙中，恒星形成了行星，行星又产生了生命。

生命在地球上可以生存，这要归功于地球上丰富的资源。

虽然地球上资源丰富，但仍然不能满足人类对资源的需求。

因此人类开始探索宇宙，寻找其他可以为人类提供资源的星球。

经过多年的努力，人类终于在银河系中发现了6个星系。

哈勃望远镜是美国宇航局在1965年研制成功的一台大型光学望远镜。

它拥有非常高的分辨率，能够拍摄到肉眼无法看到的太空中的物体，被誉为宇宙中最灵敏的望远镜。

哈勃望远镜

哈勃望远镜主要用于观测宇宙中星系的变化，从而可以对宇宙进行更深层次的研究。

哈勃望远镜拍摄到了一个非常大的海山团，这个海山团看起来像是一个被大海包围着的岛屿。

通过对这个海山团进行观测，天文学家发现，这个海山团中有很多古老的恒星，它们是在几亿年前形成的。

这些恒星比地球上已知最古老的恒星还要古老大约30亿岁。

而这些古老的恒星正是在宇宙中形成星系和行星最早的物质。

天文学家表示，这个海山团可能是一个新星系，或者是一个隐藏在宇宙中很久很久之前就存在于宇宙中的新星系。

但是这个海山团要比银河系还要古老30亿岁，因此天文学家将它命名为海山星系。

奥尔特星云是位于室女座的一个小天体，距离我们大约有1300光年。

这个小天体在我们宇宙中被称为奥尔特星云。

这个小天体在我们宇宙中看起来很普通，但是却有一个非常神秘的名字：死亡之星。

从外观上看，这个小天体很像一颗恒星。

这个小天体距离我们非常遥远，我们很难

韦伯太空望远镜

近距离观察到它。

即使是通过望远镜近距离观察，我们也只能看到它的亮度在不断地增加。

在很长一段时间里，人们都无法确定这个小天体究竟是什么东西。

直到韦伯太空望远镜的出现，人们才有机会研究这个小天体的奥秘。

经过研究发现，这个小天体其实是一个由气体组成的星云。

当天文学家第一次看到麦哲伦星云的时候，他就被它的巨大而震撼到了。

因为在我们的概念中，星云只是由一些气体组成，而麦哲伦星云却是由尘埃和气体组成，所以它看起来就像一个巨大的球形。

在这个星系中，有大约20亿颗恒星和数百颗行星。

但实际上，我们地球上的物体也属于麦哲伦星云中的一部分。

这个星系距离地球有1000多万光年，而我们地球离它有大约2万光年。

也就是说，我们在这个星系中生活了1万年，而在地球上生活了100万年。

因此可以看出，这个星系的年龄是非常大的。

如果我们把地球上的物质放到这个星系中，那么它们也会变成一个巨大的物体。

而且我们不能因为它是一个恒星系就把它忽略掉，因为它的年龄比银河系还老30亿年。

这6个星系，除了M87星系，其他的都是我们熟悉的星系。

但是在哈勃太空望远镜观测下，我们发现这6个星系，并不是我们所熟悉的那个宇宙。

而是一个新的宇宙。

哈勃太空望远镜是美国 NASA在2003年发射的一台太空望远镜，它被称为哈勃太空望远镜。

哈勃太空望远镜在观测宇宙时，主要是通过观测宇宙中的红移现象，来确定宇宙中存在多少个星系。

哈勃太空望远镜观测到一个新的星系，即仙女座星系。

这是一个距离我们比较近的星系，它距离我们有5300万光年。

仙女座星系被认为是银河系的姊妹星，但我们目前还不知道仙女座星系中有没有其他星系存在。

哈勃太空望远镜的发现让我们对宇宙有了新的认识，我们对宇宙的了解也越来越多。

在未来，人类还会继续探索宇宙，对宇宙有更多的认识。

同时我们也希望人类可以在未来找到适合人类居住的星球。

伽利略卫星是一颗以伽利略的名字命名的人造卫星，它于1977年发射升空。

它是第一颗绕地球轨道运行的卫星，主要用来监测地球。

伽利略卫星的使命就是探测宇宙，并将探测到的数据通过无线电向外发送。

在伽利略卫星发射后不久，科学家们就发现了第一个被观测到的星体，那就是我们熟悉的人马座A*。

这颗星体非常特殊，它不在我们的视线范围内。

它和地球一样大，但它比地球亮得多。

这是因为在伽利略卫星发射之前，天文学家们用望远镜观测到了这个星体。

然而，科学家们却对这个星体产生了极大的兴趣。

为了找到这个星体，科学家们通过无线电向外发送了许多数据，并且在研究中发现了许多和这个星体有关的东西。

开普勒-544是我们目前已知的最大的类地行星系统，它的直径大约为地球的25倍，质量则约为地球的10倍。

据科学家们估计，开普勒-544在其质量和直径上都与地球相当。

韦伯太空望远镜

开普勒-544在距地球约40光年的地方，它也是目前已知最大的类地行星。

与其它几个类似星球相比，开普勒-544似乎并不大，这意味着它所产生的热量可能非常小。

据科学家们估计，开普勒-544的表面温度在150℃到220℃之间，而其周围环境则是炽热、干燥且非常寒冷。

在如此高和如此低的温度下，开普勒-544却可以保持液态。

然而，开普勒-544是否会像它所包含的行星一样存在一个稳定而舒适的宜居环境，还是说它只是一个没有大气层、表面温度不稳定的行星系统呢？这一切都需要科学家们进一步的研究和观察。

开普勒452b是一颗距离地球最近的恒星系，它距离我们大约是2.2亿光年，在这颗恒星系中，开普勒452b的温度达到了450摄氏度。

开普勒452b之所以能够保持如此之高的温度，是因为它的表面有一层厚厚的液态氢，这层液态氢形成了一个巨大的温室效应，使得开普勒452b的表面温度达到了450摄氏度。

除了上面提到的六个星系外，还有很多星系都被人类发现，这些星系对人类来说都是陌生的，但是却又是离我们很近的。

随着科技的不断发展，人类已经对宇宙有了更深层次的了解。

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