我们居住的地球,是一个硕大的有着镍铁质内核、岩质外壳的类地行星,它直径1万2千多公里,周长4万多公里,表面积5.1亿平方公里,重达60万亿亿吨。

地球的来源就是个谜,目前的所有解释只是推测,并无确凿证据,也永远不会有确凿证据。
因为在天文学上,很多的现象是无法解释的。
从空间站上看地球
地球对于人类来说很大,不是吗?我们都被束缚在地球上,一个人再厉害,他也不可能走遍地球的角角落落。
地球是多样化的世界,各种生物共存的多姿多彩的世界,人类不过是其中的一员而已。
时至今日,地球上还有很多地方是处女之地,是人类未曾涉足过的,比如原始森林、大洋深处、高山之巅等。
所以,作为我们人类来说,地球是很大的,是所有生物赖以生存的家园。
地球,覆盖着厚厚的大气层
但是,在地球所处的太阳系中,地球就是一个普通的行星。
太阳系有八大行星、几百颗卫星、数以千计的矮行星和小行星,以及还有无数个小天体,包括星云、尘埃、彗星、流星及陨石等。
论个头、质量,地球在太阳系中都不出彩,唯一的不同之处是地球拥有氧气和水,从而孕育出灿烂的生命。
太阳系的直径约1至2光年,目前,人类还无法走出太阳系。
旅行者一号飞了那么多年,才仅仅飞到柯伊伯带,距离太阳系的边缘还很远,想完全脱离太阳引力,起码还要再飞2万年。
如此说来,在我们有生之年,是不可能看到太阳系之外的世界的。
太阳系最近的邻居——比邻星,距离我们也有4.2万光年,我们即便是有了光速飞行器,到达比邻星也需要4.2年,这是不可能实现的梦想。
地球在4.2万年之后是什么样子,谁也说不准。
地球与太阳的大小比较
那太阳系就很大吗?它的大只是相对于地球来说的,如果往上数,它的“领导”是银河系,太阳系只是银河系中的普通一员,跟银河系相比,那太阳系就很一般了。
银河系是一个略扁的、中间凸起的盘状结构的棒旋状星系,像2顶扣在一起的草帽。
银河系直径20万光年,有2条主旋臂和2条次旋臂,太阳系只是其中的一个小亮点,位于一条支臂——猎户臂的边缘地带,距离银心2.6万光年。
银河系内的恒星系,都在翻滚着向银心处靠近,银河系中心处有一个巨大的黑洞,它是银河系中所有动力的引力源。
银河系中有像太阳这样的恒星1000亿至4000亿颗,另外还有大量的星团、星云、星际气体和尘埃,银河系的质量是太阳的1.5万亿倍。
从地球上眺望,银河系是一条环绕天际的银白色的环带,像一条河流,故名银河系。

银河系
银河系从外至内分别为银冕、银晕、银盘、银核、银心。
其中心区域多是老年白矮星,外围则是年轻及新生的恒星。
银河系的外围分布着大大小小数十个星系,它近近邻就是大、小麦哲伦星云。
太阳系内八大行星运行图
那银河系就很大吗?的确很大,太阳就是其中的一个小不点。
但比银河系大的天体结构多的很,比如本行星群,它就是银河系的上级。
本星系群有50个左右像银河系这样的星系,它的中心位于银河系和仙女座星系中间,直径1000万光年。
本星系群主要由两个次群组成,分别是银河系次群和大小麦哲伦星云组成的次群,以及以仙女座为中心的包括M32、MGC203、MGC107、MGC185等星系组成的次群。
银河系很大,但它也只是本星系群中的一员。
不过,银河系在本星系群中是个大块头,是主导星系。
太阳系在银河系内的位置
那么本星系群就是最大的天体结构吗?当然不是!比它大一级的就是本超星系团,也叫室女座超星系团。
室女座超星系团像一个平底锅里的薄饼,它的直径达2亿光年,包含100多个星系群、星系团,本星系群只是它其中的普通一份子,位于它的边缘位置,且逐渐向外围移动。
室女座超星系团的邻居是一个超级空洞,叫牧夫座空洞,这片区域没有星系存在,它是目前发现的宇宙中最大的空洞。
它距离太阳7亿光年,直径2.5亿光年。
室女座超星系团很大,本星系群只是它的一小部分,连百分之一都不到。
本星系群
但室女座超星系团就是最大的吗?肯定不是啦!它的上级叫拉尼亚凯亚超星系团!室女座超星系团只是它其中的一部分。
拉尼亚凯亚超星系团的直径5.2亿光年,是银河系的10万倍,它由500多个超星系团、星系群组成,由约10万个像银河系这样的星系构成。
它包含室女座超星系团、孔雀——印第安超星系团、天炉座超星系团、波江座超星系团、矩天座超星系团以及阿贝尔3565、3574、3521超星系团。
拉尼亚凯亚超星系团与时钟座超星系团一样,是一个丝网装的超大型天体结构。
天文学家推测,拉尼亚凯亚超星系团实际上也许还要大,它的部分区域被银河系的隐匿带遮盖,我们无法观测到它的全貌。

室女座超星系团
那拉尼亚凯亚超星系团的上面还有比它再大的天体构造吗?当然有!双鱼——鲸鱼座超星系团复合体就比它大多了!拉尼亚凯亚超星系团团只是双鱼——鲸鱼座大尺度复合体中的普通一员。
双鱼——鲸鱼座超星系团复合体呈纤维状结构,直径10亿光年,内含60个集群。
拉尼亚凯亚超星系团,银河系只是其中的一个亮点
比双鱼座——鲸鱼座超星系团复合体再大的是史隆长城,它是一堵由星系构成的“巨墙”。
它长达14亿光年,距离太阳10亿光年。
比史隆长城还大的是武仙——北冕座长城,它是宇宙中的一个超巨大结构,延伸至100亿光年之外,它是宇宙中已知的最大的单一结构的超巨大天体。
武仙——北冕座长城距离地球100亿光年,这表明它的年龄也100亿岁了,而宇宙的年龄才137亿岁而已,这说明武仙——北冕座长城是在宇宙大爆炸37亿年后所形成的。
史隆长城
当然,以上讲了那么多,只想说明一个问题:宇宙无边无际,没有一个固定的尺寸量。
宇宙时刻在膨胀中,膨胀的速度大于光速。
所以我们永远也不可能知道宇宙到底有多大。
目前,人类所能观测到的宇宙空间的半径为465亿光年。
仅此而已!
武仙——北冕座长城
对比这些巨大的天体系统,银河系不值一提,太阳系更摆不上台面,而我们的家园——地球,简直就不如一粒灰尘,恐怕连个微小的原子都算不上。
而生命只是星球演化史中的一个匆匆过客,昙花一现,而后销声匿迹。
生命的出现纯属偶然,是宇宙进化史上的一次意外。
地球的诞生是一种巧合,而生命的出现更是几千万分之一的概率,比买双色球中一等奖的概率还低。
因此,人类既幸运又绝望,幸运的是在随机中有了地球和我们人类,绝望的是我们永远也走不出太阳系,永远也不知道宇宙到底有多大。
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