神秘的宇宙大尺度结构：“南极墙”离地球很近，究竟是何方神物？

当你仰望星空的时候，是否有想过在夜幕背后其实藏着一堵巨大的"墙"呢？

此前，人们发现南极墙的时候就觉得十分惊讶，因为这样大尺度的结构明明距离地球很近却一直被遮挡，它似乎在说明"一叶障目"是真实存在的。

今天咱们就来聊聊关于"南极墙"的事儿，看看它究竟是何方神物，又是否会影响到我们。

绘图时发现的宇宙大尺度结构

随着科技不断进步，人们的绘图技术也越来越强悍，我们早已不局限于绘制地球或者太阳系的图景，而是想绘制出整个宇宙。

不过需要注意的是，相较于已经比较固定的世界地图，宇宙地图一直处在"缝缝补补"当中。

比如在2003年，以美国普林斯顿大学的天文学家J·理查德·格特为首的绘图小组，就更新了《宇宙草图》第三版，而在这个新图当中多了一个特殊的结构，正是庞大的宇宙"长城"或者"宇宙墙"。

根据资料来看，为了能够观测到更为完整的宇宙，绘制出接近宇宙真实图景的地图，人们还专门启动了Sloan数字天空观测项目，对天空中大约100万个星系进行了测绘，然后在这个过程中发现了恐怖的大尺度结构，人们称其为"斯隆长城"。

根据资料来看，它就像是一条长长的丝带，其尺度甚至达到了13.7亿光年，这就意味着即使放在可观测宇宙的范围中，它也算是比较显眼的存在了。

后来，就有人专门对这一宇宙结构进行观察，希望能找到更多类似的。

而功夫不负有心人，2020年大家还真的又找到了新的"宇宙墙"，它被命名为"南极墙"。

那么，这个"南极墙"和之前发现的"斯隆长城"是一种东西吗？它离咱们到底有多近呢？

"南极墙"到底是何方神物？

从本质上来说，不论是斯隆长城还是南极墙它们都属于宇宙大尺度结构，看起来就像是一条巨大的丝带。

其中包含的东西也是比较相似的，不仅有着上千万个星系，还有大量的星际尘埃和气体。

《麻省理工学院技术评论》（MIT Technology Review）解释说：从地球的角度来看，这堵"南极墙"位于宇宙的南边界，由数千个星系、氢气、尘埃和暗物质组成，它也是宇宙中最大的已知结构之一。

由此可见，"墙"只是人们从主观感觉上给其冠以的一个形容而已，你也可以认为它是宇宙丝带或者宇宙长城，毕竟，从绘制出来的图景来看，它就是带状的。

那么，南极墙还是通过过去那种方法被找到的吗？

相较于2003年的观测技术，人类的科技显然又进步了许多。

因此，巴黎萨克雷大学的宇宙学家Daniel Pomarède是带着自己的研究小组，以一个包含18000个星系距离的数据库为基础，然后再确定这些星系相对于宇宙膨胀引起的运动速度。

在二者都被确定以后，最终通过特殊的算法，来绘制出这个巨大的"南极墙"，分析它和我们之间的距离。

从绘制的图景来看，这个所谓的"南极墙"各个位置的密度是不一样的，而它最密集的一部分刚好就位于本地宇宙的南部上方，距离咱们大概十亿光年，还是比较近的。

除此之外，它的尺度与斯隆长城差不多，跨越了14亿光年的距离。

值得一提的是，进行研究的伯梅雷博士发现它时，表现得十分惊讶，因为它的位置和体型都处于比较容易被观察到的范围内，可是这些年大家竟然都没有注意到它。

这主要是因为，这家伙刚好位于南半球天空中被遮蔽的部分里，简单来说就是藏在了银河系尘埃以及恒星的背后，所以完美隐身了许多年。

在这种情况下，大家率先发现的并非它的实体，而是它带来的引力效应。

综上所述，想必大家都对神秘的南极墙有了一定的了解，也明白了，这家伙和现实中的"墙"有着显著的区别，起码它并不是密不透风的，并且尺度也大的超乎想象。

那么，我们已经观测到了"南极墙"的全部了吗？

很显然并没有，因为研究团队认为，"南极墙"的本质是将一束长达14亿光年的光丝经过了反复折叠，然后塞进了半径为6亿光年的星云里。

而这些错综复杂的光丝，不可能被我们一一观测到，肯定有的会处于更后方，最终被遮挡。

对此巴黎萨克雷大学宇宙学家Daniel Pomarède表示，"该堵墙是弓状的，使其长度能适应观察到的范围。

如果碰巧它弯曲的部分超出我们的观察极限，也许我们就看不到它的全部了。

"

此外需要注意的是，以人类目前的科技来看，想凑近观察"南极墙"是不太可能了，只能在远处进行分析，这种分析还基是基于数据的。

正因如此，不少人觉得，没必要继续研究下去，因为它的存在也不会对我们造成什么影响。

研究"南极墙"的意义何在？

可事实上，这块跨度达到14亿光年的"幕布"还是有一定影响的，因为它的体格实在是太大了。

而在宇宙当中，体格越大的东西，引力就越强，所以"南极墙"极有可能影响到局部宇宙的膨胀速度。

当然，若是说详细到对地球有什么影响，那几乎是没有的，毕竟咱们实在是太渺小了。

不过，虽然它在普通人眼中是无关紧要的存在，对天文学家来说却有着非凡的意义，毕竟它的位置非常特殊，刚好就藏匿在银河系的后方。

在这种情况下，我们可以利用"南极墙"来了解宇宙局部空间角落的演化，甚至说通过它去分析拉尼亚凯亚超星系团。

在失去了"一叶障目"的影响之后，我们可以通过这个庞大的结构去了解背后更广阔的的存在。

有梦想的人们还希望，终有一天我们能抵达这片星幕附近，甚至穿越它。

要知道从某种角度来说，"南极墙"其实也像是一个巨大的窗帘，它挡住了后方的宇宙，在那里可能有大量陌生的星系和未知的惊喜在等着我们。

除此之外，这种庞大的结构还是人类研究暗物质的关键，这种藏匿在宇宙深处，占比却相当高的东西，一直都在人类的身边，可是却没有被找到。

若是能够通过分析大尺度结构，找到其中暗物质的蛛丝马迹，那么也算是相当成功了。

对此中国科学院国家天文台的研究员陈学雷表示，"虽然无法直接看到暗物质，但在宇宙大尺度结构中暗物质与发光物质成正比，所以从理论上来说，暗物质也应该高度密集。

"

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