前言

宇宙是人类探索的无穷领域,在这广袤和深邃的空间中,是不是存在我们所期待的生命?这一问题可以说是自从人类有了科学的认识体系以来就一直引起了人们无尽的探索和思考。
人们对外星生命的探索和对外星世界的研究,或许让我们有了新的想象空间,同时也让我们更加地意识到宇宙之大、人类之渺小。
本文将从多个角度探讨外星生命的可能性,以及人类是否应当勘探宇宙,阐述这其中的风险和机遇。
外星人是否存在
在想象初现的时期,人们通常倾向于从地球的角度,来猜测及推断有机生命的存在。
从而产生了大量"飞碟"事件、外星人绑架事件等等,尽管有时候这些事件不仅仅只是发生在美国,但是作为全球最大的未解之谜之一,美国天文学家、物理学家费米推出了著名的费米悖论。
费米在1940年代提出了著名的悖论:「既然宇宙如此之大,星系如此之多,极可能存在具备高度文明的外星生命,可是为什么至今没有确凿证据?」如此奇妙和与人类文明相关的宇宙,难道就是像黑暗森林理论所述的一样,非常危险,我们还是根本无法找到外星文明,更谈何联系呢?
此外,事实证明,外星人想象得越来越不仅仅是像地球上的人那样,甚至可能是像是星际旅行这一想象作品中那样的异形物种。
因此,人类对这一变异和巨大差异的生命的定义也需要重新审视,扩展观念。

霍金对外星人的看法
霍金是21世纪初期最重要的科学家之一。
他声称,外星人存在的可能性非常高,他采取了一种广泛的方法来描绘可能在宇宙中存在的外星生命形式。
霍金强调,宇宙覆盖了大约930亿光年的范围,与其说这种想象还有点邪恶,倒不如说这是一种广泛的科学推理,看待宇宙的方式。
瑞典科学家Willie发表了霍金惊人的观点:他敦促本国政府不要广播地球的位置。
科幻小说家华莱士有着更多科学想象出的外星世界和技术的刻画,而霍金与科学家具有企业家的直觉。
在霍金看来,人们过于固守自己对世界的定义、限制方式,外星生命或许是真实存在的形态,其样貌和智慧程度不在于我们所知的任何节约现态。
对于它之所以那么不可测,他的观点其实与费米悖论有关,重在如何去阐述和处理这种资讯的究竟。
人类文明未来和外星文明的接触

人类的探索是有所积累的。
在太空时代的诸多方面,人类已经有了很多的经验和技术。
从大洋深处"搜寻"生命的幸运号,到月球漫步,到现在的太空探索,人类在探索世界的过程中真正走上了科学的道路。
人类通常把自己的文明定义为消费型文明或者技术文明,但我们要以保持谦逊的信念,面对不可想象的世界和宇宙所带来的挑战,并且必须发展新的思维模式。
像他们所说的那样,人类只能期待,有一天我们可以和外星世界建立精神上、物质上的接触。
如果不是这样,那么,能够和外星生命建立精神上接触的人类却会更加容易受到精神上的破坏。
但是,从科学角度来说,外星生命无论是样貌还是认知价值都可能与人类有着惊人的差异,我们要用谨慎的态度去探索它。
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