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黑洞是联通各平行宇宙管道?奇点理论未解之谜

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-07-31

  3月25日消息,据国外媒体报道,如果人落入黑洞会发生什么事情?这个问题一直引领着科学家们不间断地对黑洞探索。

随着调查研究越加深入,科学家们发现,倘若将引力量子理论应用于怪异的天体,那么所有的奇点在黑洞核心处都会消失。


  它就像进入另一个宇宙的起点,能够帮助解决紧随黑洞的信息丢失悖论。

  尽管在近期不会有任何人类落入黑洞,但设想一下如果它的确发生了,那么这将是一种探测宇宙最大谜题之一的伟大方式。

  这导致了所谓的黑洞防火墙悖论——黑洞一直都是宇宙谜题的来源。


在我们能看到的宇宙之外,可能还有无数个平行宇宙

在我们能看到的宇宙之外,可能还有无数个 “别的宇宙”,它们要么离得极远、要么维度不同、要么物理常数都不一样。

这些宇宙里,可能有 “另一个你”,做出过不同选择,过着不一样的人生。

它不是瞎编,来自两大理论

量子力学:多世界诠释(最有名)

1957 年,休・埃弗雷特提出:量子每次 “二选一”,宇宙就会分裂成两条平行现实。

比如薛定谔的猫:不是 “又死又活”,而是一个宇宙猫死了,另一个宇宙猫活着,两个世界都真实,只是互相看不见。

好处:数学最简单,不用额外加 “波函数坍缩” 规则,很多物理学家(如肖恩・卡罗尔)认为这是对量子力学最优雅的解释。

宇宙学:永恒暴胀+泡泡宇宙

大爆炸之后,宇宙极快膨胀(暴胀)。

安德烈・林德等人发现:暴胀不会同时停,有的区域停下成 “泡泡宇宙”,外面还在无限膨胀。

我们的宇宙只是其中一个泡泡;

别的泡泡可能光速、引力强度、甚至物理定律都不同。

这个模型能自然解释宇宙为什么这么均匀、这么平,和微波背景辐射数据吻合得很好。

主要的几类平行宇宙(通俗版)

遥远复制区(第一类)

宇宙无限大,物质均匀分布,极远处会有和地球一模一样的复制区,也有另一个你,历史几乎一样,只是某次选择不同。

泡泡宇宙(第二类)

每个泡泡是独立宇宙,物理常数 / 定律可能不同,有的能形成恒星行星,有的不能。

量子多世界(第三类)

每次量子选择,世界分裂,所有可能性都在不同分支里实现,分支之间不互通、不可见。

数学宇宙(第四类,偏哲学)

所有数学上自洽的结构都对应真实宇宙,我们的宇宙只是其中一种数学结构。

有证据吗?—— 目前只有 “间接线索”

宇宙微波背景冷斑:大爆炸余晖里有个异常低温区,有人猜是早期和另一个泡泡宇宙碰撞的痕迹,但没定论。

量子纠缠与干涉:量子计算机的并行计算能力,被戴维・多伊奇等物理学家认为是多世界存在的间接证据—— 计算是在多个平行世界里同时完成的。

暗能量与宇宙常数:我们宇宙的暗能量数值 “刚好适合生命”,用多重宇宙+人择原理能自然解释:无数泡泡里,只有数值刚好的才能演化出我们来观察它。

争议在哪?—— 最大问题:“看不见、摸不着”

无法验证 / 证伪:平行宇宙和我们没有光信号联系,原则上很难直接观测;

有人认为这已经接近玄学,不算科学。

奥卡姆剃刀:批评者说,为了解释我们看到的世界,引入无限个不可观测宇宙,太 “奢侈”,不如找更简单的解释。

概率与测量问题:多世界里 “所有结果都发生”,很难定义 “概率”,数学上还有没解决的难题。

总结(人话版)

科幻感很强,但出身很科学:来自量子力学和宇宙学的核心方程,不是瞎编。

存在可能性不小:多世界诠释和泡泡宇宙,都是很多顶尖物理学家认真支持的主流模型。

但别当事实:至今没有任何一个实验能直接证明平行宇宙存在,它仍是假说。

另一个你?:在多世界和无限宇宙模型里,理论上一定存在;

但你们永远无法见面、无法互相影响。

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

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