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运动是平衡宇宙的第一需要

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-11

  运动是平衡世界的第一需求。

物质是无限细分的,也是无限聚合的。

物质之所以可以别离是因为它相互聚合,而相互聚合自身是为了结构上的安稳,是一种相互需求。

世界即便无限细分的,又是无限聚合的。

天体需求安稳,星系需求安稳,世界需求安稳。

  

  世界中的大多数星系,常常以两层星系、三重星系、甚至多重星系的形式出现,都存在着相互聚合运动(或移动)成团倾向,这是维持它们自身安稳的需求。

要安稳就必须运动(移动),在运动中寻求平衡。

只要平衡才可以保证世界安稳,才能确认世界的存在和发展。

在世界中,一切星系、星团、星云都不可能防止地和无条件地运动着、平衡着。

  在世界傍边,大到星系,小到世界尘埃,它们都在运动,而且都是有着自己的轨迹,一切都像设定好的一样。

其实这并不是设定好的,而是世界傍边存在着一种规则,规则让一切的天体都有着自己的运动轨迹,这种规则便是力的效果。

  

  天体的工作都是有着规则的,整体来说便是小的环绕大的工作,因此有一个问题来了,既然世界傍边的一切天体都在运动,那么世界自身是环绕着什么运动呢?科学家给出答案!

  地球无时不刻不在自转和公转,但咱们生活在地球之上是感觉不到地球在运动的,只能通过白天黑夜以及四季的变换来感受地球的运动。

  不止地球在运动,咱们最熟悉的月球也在运动,在环绕地球公转的时候,本是也是在自转,只不过是月球的公转周期和自转周期是一样的,因为被潮汐引力确定的原因,月球永久只要一面面对着地球,月球也只要公转周期和自转周期是一样的才可以做到将正面朝向地球。

  

  月球环绕地球公转,形成了卫星系统,地球以及其他行星环绕太阳公转形成了太阳系,而太阳目前正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。

  在间隔地球17光年的间隔内有50颗最邻近的恒星系(最接近的一颗是红矮星,被称为比邻星,距太阳大约4.2光年),太阳的质量在这些恒星中排在第四。

太阳在间隔银河中心24000至26000光年的间隔上绕着银河公转,从银河北极鸟瞰,太阳沿顺时针轨迹工作,大约2亿2500万至2亿5000万年绕行一周。

  

  因为银河系在世界微波背景辐射(CMB)中以550公里/秒的速度朝向长蛇座的方向运动,这两个速度合成之后,太阳相对于CMB的速度是370公里/秒,朝向巨爵座或狮子座的方向运动太阳绕银河系中心公转,绕银河系中心公转周期约2.5×10^8年。

  因此在世界傍边行星了一个规则,卫星环绕行星公转,行星环绕恒星公转,恒星系环绕星系公转,小星系又环绕大星系公转,总而言之,世界傍边的一切与天体都在运动,没有任何一个是例外的。

  

  世界傍边天体工作的方向虽然不是一起的,可是大体也是有着规则可循的,依据科学家对银河系的调查可以知道,如果将银河系像地球一样分为南北两个部分,那北部的银河系便是自东向西顺时针旋转的,而南部的银河系便是自东向西逆时针旋转的,至于为什么会出现这种情况,科学家还没有可以寻找出成果,但总归是为了平衡吧,毕竟世界自身失去平衡的话,那整个世界都会崩溃的。

  世界中没有肯定停止的天体,不管是行星、恒星或许星系,它们都存在相应的运动,主宰这种运动的力便是引力。

  

  在太阳系这样的系统中,太阳的质量占有整个系统的绝大部分,使得整个系统的一起质心就在太阳那里,太阳的引力会迫使行星绕其公转。

而在银河系中,一起质心位于银心,整个银河系产生的引力会迫使恒星绕银心公转。

  银河系和仙女座星系携带各自的卫星星系环绕这个一起质心运动,但这两个大型星系的轨迹并非是椭圆形的,而是螺旋形的。

在引力的效果下,这两个星系最终会在大约40亿年后相遇,逐渐合并成一个星系。

经过漫长的时间后,那些卫星星系也会被合并进去。

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