今后也许会得到答案,但现在还无从得知。

但是,科学家们认为宇宙将无限扩张,是为什么呢?
宇宙广阔无垠。
它包括了我们生活的地球,太阳系的所有行星,以及漂浮在夜空中的所有恒星,甚至是太远而无法看到的星系。
距离不远的从前,人们都认为漂浮在夜空中的所有恒星都存在于宇宙中。
而爱德文·哈勃,改变了人们的这种看法。
哈勃的发现十分精彩,哈勃太空望远镜的名字也是来源于他。
遥远的恒星
约一百年前,曾是天文学家的哈勃,观察着潜藏在所有恒星之间朦胧的小光斑。
在当时谁都不知道那是什么。
哈勃发现这种光的斑点是由恒星形成的,并且发现他们的距离非常远,这一发现,爆发了宇宙的概念。
我们在夜空中所看到的恒星是属于银河系的恒星,我们的太阳系也是银河系的一部分。
哈勃发现的光点是来自于其他星系的。
那些星系里也包含了很多恒星、行星和其他星际物质。
有有些星系比其他星系小,有些星系很大。
宇宙,比人们想象中的还要广阔的多。
能看到的无限中?
宇宙虽是巨大的,但他会持续无限的扩张吗?问题是我们将无法看到这个无限。
能看到宇宙都是有限的。
这简直就像是从玄关的们看到街道一样,无法尽收眼底。
我们能看到的一部分宇宙叫做"可观测宇宙"。

可观测宇宙包括我们可以看到的所有光。
因为可观测宇宙只能靠光来捕捉到。
可观测宇宙的大小是已知的。
他的面积为930亿光年,这个距离,对于发现它的天文学家来说是个无可奈何的数字。
这与绕银河系30万次转的距离相同,而太阳从出生到现在转的距离只不过只有20圈。
此外,可观测宇宙的中心是我们生活着的地球。
如果,在遥远的星系中存在着外星人,那他们也有一个可观测的宇宙。
可观察的外星人宇宙的中心,同样是他们所居住的星球。
如果,我们的可观测宇宙和外星人的重叠,那么他们就能看到和我们所见的一样的天体。
我们所能观测到的宇宙外又是怎样的呢?外星人能看到宇宙边界那虚无的空间吗?
又恐怕不是这样。
外星人看到的宇宙,不过是我们看不到的宇宙的一部分吧。
理论上,宇宙正在迅速膨胀
那么为什么科学家会认为宇宙在无限扩张?这是因为宇宙的形状。
因为我们可以观测的宇宙有着特别的形状,形状是‘平坦’。
这意味着,如果你的朋友和你都有一艘宇宙飞船,并且直接飞向太空,再怎么飞你们也永远不会相遇。
实际上,在能观测到的宇宙内,你总能准确的保持着完全相同的距离前进。
但是,这是非常特别的形状。
如果宇宙有其他形态的话,会发生别的情况。
即使两枚火箭并排向前直行,最终前行的道路也会重叠并碰撞,或者他们会十分接近但永远不发声碰撞。

或许,说不定向完全不同的方向前进分开了。
只有在平坦的空间内,火箭才能完全保持相同的距离。
宇宙的行程和进化之间存在着一种关系。
如果宇宙的时空在弯曲和闭合,宇宙会根据物质的重量开始缩小。
相反,如果它像鞍座一样变大,宇宙就会传播的太多,以至于物质将无法维持。
考虑到现在物质存在并且没有聚集在一起,所以宇宙可能是平坦的。
科学家们能够解释这种特殊的平坦性。
此外,这种方式可以解释为什么我们见到的宇宙看起来是那样的。
如果你能以一种方式解决许多的问题,科学家便称之为理论。
也就是说,为了找到正确的答案,正在走向正确的道路。
根据理论(膨胀理论)宇宙非常的大,但我们只能看到它的一部分,宇宙的外观特别平坦。
例如,地球从表面看起来十分平坦,但从宇宙来看却很像圆形。
从远处看,就会知道地平线是弯曲的。
我想,宇宙大概是广阔无垠的。
宇宙的膨胀速度至今仍在持续着加速膨胀。
但是不知道将来会变成什么样,而答案将会被未来的研究所明确的吧。
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