人类在宇宙中是孤独的吗?这是人类走出地球之后一直都在思考的问题,随着人类科技的进步,人类发明了火箭,人类通过火箭已经走出了地球,当人类走出地球看到宇宙之后,人类的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人类想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中除了地球生命之外是不是还存在其它的生命?带着这些疑问,人类走上了探索宇宙的道路,根据科学家的研究我们能够知道,宇宙浩瀚而神秘,在宇宙中有非常多的天体,比如说恒星、行星、彗星、中子星、小行星等等,人类生活在地球上,地球其实就是太阳系中的一颗行星,在太阳系中一共有八大行星,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,在海王星的外面还有一颗冥王星。

在八大行星当中,只有地球这颗行星诞生了生命,生命的出现给地球这颗行星增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘,科学家认为,地球之所以能够诞生生命,主要是因为地球满足了生命诞生的基本条件,这些基本条件分别是适宜的温度、充足的空气和丰富的水资源,如果说宇宙中的其它行星也能够满足这些基本条件,那么其它行星诞生生命的可能性也是非常大的,那么在我们的宇宙中,到底有没有外星人存在?曾经科学家进行过一个模拟演算,以诞生诞生所需要的条件进行模拟,科学家认为在银河系中至少有上万亿个行星,存在生命的星球数量也很多,演化出文明的星球至少有上万个。
为了探索外星生命,科学家们也做了很多努力,曾经在46年前,科学家向太阳系发射了旅行者1号探测器,发射这个探测器的目的就是为了让他飞出太阳系,探索太阳系之外的奥秘,在发射旅行者1号探测器之前,科学家还在上面安装了金唱片,这个金唱片是利用特殊材质制成的,它能够保持10亿年的时间,在这张金唱片中,包含了55种人类语言录制的问候语和各种音乐,另外磁盘上面还有115幅影像,包括太阳系各行星的图片一级说明等等,这些数据都是想告诉外星人,太阳系存在生命,在55种人类语言中包含了非常冷僻的语言,唱片还包括了时任联合国秘书长库尔特.瓦尔德海姆的问候:这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。
上面记载着我们的声音,我们的思想和感情,我们正在努力生活过我们的时代,进入你们的时代,为了能够让外星文明能够看懂上面的信息,当时的天文学家卡尔.萨根联合美国国家航天局为其制作了一个特殊的封面,在这个封面上面有很多符号,左上角的原型是以二进制数字制作的,所表达的内容是唱片的正常运转速度为3.6秒/转,右下角两个连接的圆圈,表示氢原子的低能状态,而且科学家还在唱片的左下角刻录了放射性图案,这个图案是以银河系中已知的14个脉冲星位置来表示太阳系的位置,用二进制数字来表示脉冲星的周期,科学家认为,只要是先进的文明,就能够看到上面的内容。
不过从旅行者1号探测器发射到现在已经过去了这么多年,但是人类还是没有发现外星生命,科学家一边从理论上推断外星文明的存在,另一边人类付出诸多努力,一个外星人也没有发现,这样的矛盾结果,让科学家疑惑不已,于是就有了著名的费米悖论,费米悖论产生的两个结果,一是外星人是存在的,它们的进化远早于人类,存在于地球的某处,二是外星人是不存在的,整个宇宙只有人类这一种文明,有很多人认为,在宇宙中不可能只有人类这一种文明,毕竟宇宙浩瀚无穷,在宇宙中存在太多的恒星和行星了,拿我们的银河系来说,在银河系当中就存在1000亿到4000亿颗恒星,400亿到1000亿颗行星。

在如此多的恒星和行星当中,不可能只有地球这颗行星诞生了生命,目前人类能够观测到的宇宙直径达到了930亿光年,而这仅仅是宇宙的一部分,宇宙或许比我们想象的还要大,站在宇宙的角度来看,我们很难去否定外星文明的存在,既然外星文明存在的概率很大,为什么人类到现在都没有发现它们?有很多科学家认为,人类之所以到现在还没有找到外星生命,是因为银河系的位置太过于偏僻,而且太阳系的位置更加贫瘠,我们的太阳系是银河系上千亿的恒星系中的一个,位于猎户座悬臂,距离银河系中心大约有2.5万光年,这个距离不在银河系的中心范围,只是一个相对偏远的位置。
根据科学家的研究我们能够知道,银河系中恒星的数量有上千亿颗,其中百分之90的天体都位于银河系的中心附近,离银河系中心越远,恒星的数量也就越少,太阳系所处的位置,虽然不是偏远的,但是也是一个资源相对匮乏的区域,恒星数量很少,行星的数量也很少,看到这里相信很多朋友都会产生一个疑问,就是为什么太阳系离银河系中心如此近,还处于银河系的贫瘠区域?经过科学家的研究发现,在银河系当中,天体的分布数量并不是均匀的,在距离银河系中心1秒的差距(约3.26光年)的核心区域,恒星密度达到了每立方光年28.9万颗,当距离增加到40秒的差距时,恒星的密度下降到了288颗每立方光年,当距离增加到100秒差距时,恒星的密度就只有2.9颗立方光年,我们的太阳系距离银河系中心大约有2.6万光年,在这片区域当中,恒星的密度下降到了0.004颗每立方光年。
所以科学家认为,我们的宇宙处于银河系的贫瘠区域,不仅如此,我们同样处于宇宙的贫瘠区域,银河系的上面是本星系团,它是由银河系、仙女座星系、麦哲伦星系等50个星系组成的一个规模较小的集团,之间范围大约是1000万光年,本星系团的上面是室女座超星系团,这是一个直径1.1亿光年的区域,包含着大约100个星系团,在超星系团中,银河系同样处于一个比较偏远的支臂上,资源同样非常贫瘠,走出室女座星系团,我们还能够看到更加巨大的结构,比室女座超星系团更大的结构是拉尼亚凯亚超星系团,在2014年的时候,美国科学家布伦特.塔利和法国科学家海伦.库尔图瓦发现室女座超星系团也只是更加庞大结构中的一部分。
这个更加庞大的结构就是拉尼亚凯亚超星系团,拉尼亚凯亚超星系团这个名字就让人感到很霸气,在夏威夷语中是广阔的意思,拉尼亚凯亚超星系团的直径达到了5.2亿光年,我们能够想象5.2亿光年有多大吗?在这个星系团中,包含了500个星系群,100000多个星系,如果说拉尼亚凯亚超星系团是一张A4纸,那么银河系就是这张纸上的一个小点,而我们的地球几乎可以忽略不计,科学家经过研究发现拉尼亚凯亚超星系团的形状是不规则的,它不像常规的星系是棒旋或者是椭圆的,也不像星系群是零散分布的,它看上去更像是一片树叶,从中间分散出无数个毛细血管。
不过即便如此,拉尼亚凯亚超星系团也不是宇宙中最大的结构,目前人类发现的最大结构是武仙-北冕座长城,它是现在人类已知的最大宇宙结构,庞大的银河系在它的面前只能够算是一粒沙子,在这个宇宙结构中,里面包含了60个超星系团复合体,还有无数的星系、星团等等,它的直径达到了百亿光年,看到这里,相信很多人都会产生一个疑问,就是宇宙到底有多大?这个问题科学家也无法解释,不过现在科学家能够确认的是,从宇宙大爆炸开始,我们的宇宙就一直都在不断的膨胀,而且膨胀的速度越来越快,已经超过了光速,在20世纪初的时候,美国物理学家爱德温.哈勃在观测星系的时候发现,星系中的光谱出现了红移现象。

这个现象表明,这些星系正在远离我们,看到这个现象之后,爱德温.哈勃提出了一个大胆的猜测,那就是我们的宇宙还在不断的膨胀当中,这个理论提出来之后,很多科学家都不敢相信,因为在此之前,科学家一直都认为我们的宇宙是静态的,宇宙膨胀的理论打破了人类的传统认知,同时也让科学家感到非常绝望,如果说我们的宇宙一直膨胀下去,那么我们将永远都无法找到宇宙的边缘,毕竟人类现在连太阳系都无法飞出去,更别说探索宇宙的边缘了,有很多科学家认为,人类找不到外星生命的根本原因就是人类的科技不够发达。
目前人类探索外星生命基本上都是依靠天文望远镜来进行的,虽然天文望远镜能够观测到的宇宙范围很大,但是它只能够看到恒星和行星的大概位置,但是却看不到行星上面的具体情况,这就大大减少了人类发现外星生命的概率,如果说人类能够亲自登陆这些行星,那么人类就能够准确的判断出这颗行星上面是不是存在生命,目前科学家已经在宇宙中发现了很多类似地球的行星,科学家认为这些行星上面或许存在生命,比如说开普勒452b,开普勒452b一直都被科学家称为是地球的孪生兄弟,因为它和地球非常相似,根据科学家的研究得出,这颗行星公转一圈的时间大约是385天,而地球公转一圈的时间大约是365天。
这就相当于开普勒452b的公转时间仅仅比地球的公转时间多了20天,除了这些之外,这颗行星的光亮、质量都和地球非常类似,这颗行星的体积要比地球大1.6倍,在这颗行星上面还存在液态水资源。
水是生命之源,科学家认为这颗行星上面或许已经诞生了生命,除了这颗行星之外,科学家发现了一颗独一无二的系外行星:TOL-1452b,它的表面被认为覆盖着大量的液态水,这颗行星的百分之30是由水构成的,相比之下,地球上的水只占到百分之1,在寻找太阳系外的行星时,科学家对那些表面被液态水覆盖的行星最感兴趣,科学家认为,水是生命之源,地球上最早的生命就是诞生于水中,如果说一颗行星能够拥有液态水,那么这颗行星诞生生命的可能性就非常大。
不过由于这些行星距离我们太过于遥远,所以目前科学家也只能够推测,想要真正的了解这些行星上面是不是真的存在生命,人类还得亲自登陆这些行星,目前科学家也在积极的研究超光速飞行的技术,比如说曲速引擎,科学家认为,这种技术如果能够实现,那么我们的飞行速度将会是光速的几百倍,按照这么快的飞行速度探索宇宙,就方便多了,不过现在曲速引擎还处于理论阶段,想要真正的实现还是非常困难的,不过小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够找到外星生命,而且在宇宙中还存在很多人类无法解释的奥秘,这些奥秘都在等着人类去探索,希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?
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