宇宙中最美丽的行星,宇宙中最漂亮的五个星系

宇宙是由物质组成的，组成宇宙的物质被称为“天体”，宇宙中主要的天体包括恒星、行星、卫星、矮行星、小行星、彗星、流星体、星际尘埃、星云、黑洞等等。

宇宙中的天体处在不停的运动之中，它们相互吸引、相互绕转，形成了不同层级的“天体系统”，从地球为基点出发，就包括了地月系、太阳系、银河系和总星系等天体系统。

盘点宇宙中的几个漂亮星系

今天我们就来聊聊以银河系为代表的这一级天体系统，也就是“星系”，星系是构成宇宙的基本单元，是由数量巨大的恒星系及星际尘埃组成的运行系统，包括螺旋星系、椭圆星系和不规则星系等类型。

银河系是我们太阳系所在的一个棒旋星系，直径大约为10万至18万光年之间，大约拥有1000亿至4000亿颗恒星，由于我们身处银河系之中，有时候并不能观其全貌。

太阳系在银河系中的位置

随着科学技术的发展，人类探测到了宇宙中越来越多的星系，今天我们就来介绍几个星系，它们是仙女星系、车轮星系、魔眼星系和鲸鱼星系。

星系分类

“仙女星系”曾被称为仙女座大星云，编号为M31，是一个为仙女座方向的巨大旋涡星系，距离地球大约254万光年，是距离银河系最近的大星系。

仙女星系位于东北方向的天空中看起来是纺锤状的椭圆光斑，是肉眼可见的最遥远的天体之一。

仙女星系被认为是本星系团中最大的星系，直径大约为银河系的1.6倍，此外，仙女星系大约以每秒300千米的速度朝银河系运动，大约在30亿年之后就会和银河系相撞，最终可能合并成为一个椭圆星系。

撒哈拉沙漠上空的仙女星系

“车轮星系”顾名思义这个星系的样子就像是一个自行车轮子，是位于玉夫座方向的一个透镜状星系，直径大约为15万光年，距离地球大约5亿光年，是一个十分遥远的星系。

科学家认为车轮星系独特的形状，来源于星系之间的碰撞，大约在2亿年前，一个较小的星系撞上了一个较大星系的中心，由于较大星系中心的重力遭小星系扭曲，以致产生冲击波从中心往四周扩散，使外层星云受压，形成新恒星，从而形成了车轮形状。

韦伯望远镜拍摄的车轮星系

“魔眼星系”又被称为黑眼星系或睡美人星系，编号为M64，魔眼星系位于后发座，距离我们地球大约1700万光年。

魔眼星系应该也是一个旋涡星系，但是其具有十分特殊的形态，它的样子很像一个眼睛，所以被叫做“魔眼”或“黑眼”。

魔眼星系之所以像眼睛是因为其中有一条引人入胜的壮观黑暗尘带横亘在明亮的星系核心之前，而这实际上也是星系合并的结果，大约在10亿年前，魔眼星系吸引了一个卫星星系并与之发生碰撞，而后留下了大量黑暗的尘埃云带。

魔眼星系

“鲸鱼星系”位于天空北部猎户座附近，其大小与我们银河系相似，距离地球大约2500万光年，鲸鱼星系应该是一个螺旋星系的侧面影像。

鲸鱼星系名称的由来，很明显就是其酷似一条在宇宙中遨游的鲸鱼，螺旋星系的侧面影像形成了鲸鱼的主体，而其上方的小伴星系NGC 4627形成了恰到好处的点缀。

鲸鱼星系的色彩十分明亮，黄色的核心、黝黑尘埃云气、明亮的蓝色星团、以及红色的恒星形成区组成了星系的整体。

鲸鱼星系

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哈勃望远镜拍摄的鲸鱼星系

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