最近几十年时间,人类文明快速发展,让我们更加憧憬未来人类文明的发展。

我们坚信宇宙如此之大,绝不仅仅只有人类文明,很可能存在很多其他宇宙文明。
考虑到地球的年龄相对宇宙年龄还十分年轻,同时人类历史不过百万年,很可能存在比人类更为发达的外星文明,他们领先人类文明上百万年甚至更长的时间。
想一想,百万年之后的人类文明会达到何等高度?真的无法想象!
而早在20世纪60年代,苏联天文学家卡尔达肖夫就提出了计算宇宙文明等级的公式,被称为“卡尔达肖夫指数”,主要是依据一个文明的能量消耗程度来划分的。
总共分为三个等级。
一级文明,也被称为“行星文明”,能够利用该文明所在行星的所有能源。
目前人类文明还远远没有达到一级文明,只有大约0.7级,还需要至少上百年的时间才能达到最低的一级文明。

二级文明,被称为“恒星文明”,从能量利用上分析,比一级文明高出不止一个等级,能够利用恒星系统里的所有能量,包括恒星本身的能量。
二级文明最明显的一个标准就是“戴森球”,一个直径达到数十亿公里的巨大建筑结构,几乎能包裹住整个恒星,利用恒星的全部能量。
宇宙文明的所有人口甚至都能居住在戴森球里,直接获取恒星的能量。
二级文明至少领先目前的人类文明上万年,人类想要晋级到二级文明还需要漫长的等待。
三级文明,也是最高等级的文明,被称为“星系文明”,他们能利用整个星系的能量,包括黑洞自身的能量。
这种等级的宇宙文明在人类眼里简直是神一般的存在,他们早就实现了来去自如的星际旅行,甚至能直接穿越宇宙前往未知的平行宇宙。
人类想要达到三级文明,至少需要上百万年甚至更长的时间,前提还必须是人类文明能够一直保持稳定快速发展。
按道理讲,宇宙拥有138亿年的漫长演化史,诞生一个甚至多个三级文明的概率是很大的,他们凭借发达的科技文明早就应该遍布整个宇宙了,为什么我们至今没有发现外星人的蛛丝马迹呢?

没有人知道答案,所有的观点只能是猜测。
或许正如有些科学家所说,生命在宇宙中并不罕见,但智慧物种是非常罕见的。
所以,理论上确实存在这种可能性:人类是银河系乃至整个宇宙中唯一的智慧物种。
如果真的是这样,也不必太悲观,虽然那意味着人类是孤独的,但人类可以向浩瀚星际空间不断播撒人类文明种子,让宇宙太空不再寂静。
如此一来,在漫长时间过后,当我们再次向太空呼喊时,得到的不再是无尽的寂静,而会是肯定的回答!
来自人类自己的回答!
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