随着天文学的不断进步,越来越多的人开始认识到人类和地球在宇宙中的微不足道,同时也逐渐明白生命和文明的兴起只是一个概率问题。

以银河系为例,至少拥有1000亿颗恒星,而可观测宇宙中则至少存在2万亿个星系。
在这样的情况下,外星生命和外星文明的存在可以说是板上钉钉的事实。
然而,尽管如此,过去几十年中,天文学家们从未发现宇宙中的外星文明,也未在太阳系内的火星或其他行星上发现外星生命。
随着我们对宇宙的认知越来越深入,我们越发意识到自己的渺小,同时也意识到宇宙的寂静。
这种理论上的繁忙与实际观测上的寂静形成了巨大的反差,以至于很多人认为人类文明可能处于低级文明保护区内,就像地球上我们设立的人迹罕至的自然保护区一样。
或许外星文明就在我们的附近偷偷观察着人类世界,而我们却毫不知情。
回顾一下1974年的事件,当时世界上最强大的射电望远镜——阿雷西博望远镜,向距离地球2.2万光年的赫歇耳星团发送了一条信息。
这条信息是一个二进制的点状图,其中包含了地球的位置和人类的个体情况。
尽管这些基本信息与后来发射的旅行者系列探测器上的镀金圆盘相似,但阿雷西博望远镜发送的信息以光速传播,而旅行者系列探测器则以每秒17千米的速度前行。
几十年过去了,阿雷西博的信息已经在宇宙中航行了几十光年,而旅行者一号和二号仍然未能离开太阳系的半径一光年范围。
然而,紧接而来的问题是:我们发送的信息能被外星文明接收到吗?

根据国际上通用的卡尔达舍夫文明等级,人类文明目前仅达到了0.73级水平,远远无法利用整个地球的能量进行宇宙广播。
因此,要想接收到我们目前发射的信息,外星文明必须具备极其先进的技术水平,可能已经达到了二级甚至三级文明,掌握戴森球技术或虫洞技术。
最近在arXiv网站上有一篇论文推测了人类文明被外星文明主动发现的可能性。
在足够先进的技术水平下,距离地球3000光年的外星文明完全可以通过一台口径相当于木星大小的望远镜,看到地球上的大型地标建筑,比如中国的万里长城或者埃及的金字塔。
之所以提到古代建筑,是因为距离我们3000光年的外星文明只能看到3000年前的地球图像,而无法观测到现代人类文明的城市和夜景。
这是因为承载这些信息的光子仍在途中飞行,需要再等待3000年才能被外星文明看到。
根据双向原则,一旦外星文明在人类文明的古代时期发现了我们,最多再过3000年,人类文明就能反向观测到外星文明。
这样一来,两个文明之间就能实现双向沟通。
但唯一的问题是,当面对一个距离我们几千光年的智慧种族时,人类文明是否有能力与其和平共处呢?
毕竟,地球上许多例子都表明生存竞争是普遍存在的。
这一点同样适用于宇宙中。

因此,霍金在世时所发出的警告,不要与外星人联系,也并非毫无根据。
也许我们的宇宙真的处于黑暗森林状态。
尽管我们对外星文明的存在和观测还了解甚少,但随着科学技术的不断发展,我们对宇宙的认知也在不断扩大。
或许在未来的某一天,我们将能够与外星文明进行真正的接触,与他们分享知识、文化和智慧。
然而,我们必须保持谨慎和开放的心态,以确保与外星文明的交流是和平和互惠的,从而推动人类文明的进步和发展。
在未来的探索中,我们将继续努力寻找外星生命和外星文明的踪迹,不断拓展我们的视野,揭开宇宙中更多的奥秘。
毕竟,我们生存在这个广袤的宇宙中,我们的存在本身就是一种奇迹。
通过对宇宙的探索和了解,我们能更好地认识自己,更深刻地理解人类的使命和责任。
无论未来会带给我们怎样的发现,我们都将继续勇往直前,不断追寻真理,探索宇宙的奥秘,以期找到与外星文明共享宇宙的可能性,让我们的世界更加丰富多彩。
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