1994年,一个彗星与木星相撞的事件引起了人们的广泛关注。

这颗彗星被美国天文学家尤金和卡罗琳·苏梅克夫妇发现,并被命名为SL9。
然而,由于这颗彗星与木星距离过近,很快就被木星的引力撕裂成了21块碎片,并且这些碎片不久后将坠入木星,这颗太阳系中质量和体积最大的行星。
由于这是人类第一次亲眼目睹天体撞击事件,NASA等各国天文机构都组织了大规模的观测活动。
除了地面天文台外,近地轨道上的哈勃望远镜和正在前往木星的伽利略号探测器也参与了观测工作。
甚至连旅行者1号,距离木星60亿公里的航天器,也收到了地面控制中心的指令,利用自身携带的行星射电观测装置分析并记录撞击时的电磁情况。
一、彗木相撞
从1994年7月17日的凌晨4点15分到22日的早上8点12分,SL9的21块碎片相继撞击了木星。
其中,编号为G的碎片的威力达到了6万亿吨TNT当量,相当于人类核武库总当量的600倍。
与之相比,人类制造的最大威力氢弹——前苏联的沙皇氢弹,当量仅为5500万吨。
可见,即使是SL9中最小的碎片,其威力也超过了人类制造的任何核武器。
假设这些彗星碎片是小行星,而不是撞击了木星,那么如果人类的热核武器在太空中击中这些小行星,核弹的能量将以光和热的形式释放,直接蒸发这些来自宇宙深处的不速之客。
但是,如果在彗星进入地球之后才发射核武器来进行防御,情况就会完全不同了。

因为核弹在大气层内爆炸会产生剧烈的冲击波,被击碎的彗星碎片反而会造成更大的危害。
即使是在6500万年前,当一颗直径为10公里的小行星撞击地球时,地球上的生命也没有完全绝种。
如今,地球上已经出现了人类文明,无论是已经消失在木星云层中的SL1,还是未来可能出现的其他"威胁天体",都不足为惧。
科技一直在进步,人类也拥有更多的手段来应对撞击事件。
二、可能的撞击后果和对策
1.爆炸和冲击波:一颗大体积彗星的撞击将释放出巨大的能量,产生强力的冲击波。
这可能导致地震、火山喷发和大规模的洪水等自然灾害。
为减轻这种影响,可以采取措施增强地质结构的稳定性,加强建筑物和基础设施的抗震能力。
2.火灾和气候变化:彗星撞击会引发大规模的火灾,释放出大量的烟尘和气体,导致气候变化。
这可能造成全球性的寒冷和干旱,对农作物和生态系统造成严重影响。
为了应对这种情况,可以加强防火措施,并采取措施减少火灾产生的烟尘和气体。
3.海啸和洪水:彗星撞击地球的海洋将引发巨大的海啸,对沿海地区造成严重破坏。

此外,撞击还可能导致河流溢出和洪水。
为了减轻这些影响,可以建造防洪堤和海岸保护设施,并制定有效的紧急撤离计划。
4.生物多样性的丧失:彗星撞击可能导致生物多样性的丧失,包括陆地和海洋生态系统的破坏,物种灭绝和生态平衡的破坏。
为保护生物多样性,可以加强野生动植物保护措施,保护关键物种和栖息地。
5.灾后恢复和重建:一旦发生彗星撞击,灾后恢复和重建工作将是一项艰巨的任务。
需要组织国际合作,提供人道援助和资源支持,重建基础设施,恢复社会秩序,并帮助受灾地区重新建立起可持续的生活和经济系统。
虽然彗星撞击地球可能会带来巨大的破坏和灾难,但人类已经积累了丰富的科学知识和技术手段,可以预测和应对这样的事件。
国际组织和科学界正在致力于监测和研究潜在的威胁天体,并开发相应的应对策略。
通过合作和努力,我们可以增加地球的安全性,并减轻任何未来撞击事件可能带来的损失。
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