在遥远的过去,当人类仰望星空,心中充满了对未知的好奇与向往。

宇宙,这个广袤无垠的存在,一直是我们探索的目标和梦想。
对于艾丽斯来说,宇宙不仅仅是一个科学概念,更是她内心深处的激情所在。
艾丽斯是一位年轻的天文学家,她从小就对星空充满了浓厚的兴趣。
每当夜幕降临,她总会跑到户外,仰望着那满天的繁星,想象着它们背后的奥秘。
她的心中充满了对宇宙的敬畏和好奇,她渴望揭开宇宙的神秘面纱。
在那个时代,天文学还处于起步阶段,许多关于宇宙的知识都是未知的。
艾丽斯深知这一点,因此她投入了大量的时间和精力去学习和研究。
她阅读了大量的天文学书籍,参加了各种学术讲座,不断地拓宽自己的知识面。
随着时间的推移,艾丽斯逐渐展现出了卓越的才华和敏锐的洞察力。
她开始独立进行观测和研究,并取得了一些令人瞩目的成果。
她的研究成果引起了学术界的关注,她也因此结识了许多志同道合的朋友和导师。
有一天晚上,艾丽斯像往常一样在天文台工作。
突然,她发现了一个异常的天体,它闪烁着微弱的光芒,但却异常地接近地球。
艾丽斯立即向她的导师报告了这个发现,并请求进行更深入的研究。

在接下来的几个月里,艾丽斯和她的团队对这个天体进行了详细的观测和分析。
他们发现这个天体是一个来自遥远星系的小型黑洞,正在向地球缓缓靠近。
这个发现震惊了整个科学界,因为它意味着地球可能面临着前所未有的危险。
艾丽斯意识到,她必须采取行动来保护地球和人类。
她开始组织科学家们研究如何阻止黑洞的接近,同时也向政府和公众发出警报。
在她的领导下,科学家们迅速制定了一个详细的计划,并开始实施。
然而,时间并不站在他们一边。
黑洞越来越近,地球的命运岌岌可危。
在最后一刻,艾丽斯决定亲自前往黑洞,尝试用她的智慧和勇气改变一切。
她乘坐着一艘特制的宇宙飞船,勇敢地冲向黑洞。
在黑洞的边缘,艾丽斯成功地发射了一束强大的能量波,将黑洞推开了一段距离。
虽然这只是暂时的解决方案,但它给了地球和人类争取了宝贵的时间。
艾丽斯成为了全人类的英雄,她的勇敢和智慧激励了无数人。
她的故事被传颂为宇宙探险的传奇,她的精神永远镌刻在人类的历史中。
而宇宙的奥秘,仍然等待着我们去探索和解答。

艾丽斯的事迹也引起了全球范围内对宇宙探索的重视。
政府和私人企业纷纷增加了对天文学研究的投资,推动了天文学和空间技术的发展。
新的望远镜和探测器被发射升空,探索着宇宙的每一个角落。
同时,艾丽斯的故事也激发了人们对未来的憧憬和希望。
她证明了,只要有勇气和智慧,人类就能够克服任何困难,实现自己的梦想。
她的精神成为了人类探索宇宙的灯塔,指引着我们前进的方向。
艾丽斯并没有因此而满足。
她知道,宇宙的奥秘还有很多等待她去探索。
她继续投入到天文学的研究中,不断提出新的理论和观点,推动着人类对宇宙认识的进步。
最终,艾丽斯成为了一位杰出的天文学家和宇宙探险家。
她的名字被永远镌刻在人类的历史中,她的故事成为了宇宙探索的经典之一。
而宇宙的奥秘,仍然在那里,等待着我们去揭开。
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