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宇宙中的幽灵?为什么银河系会有1000亿颗流浪行星?

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-11

根据天文学家的研究,银河系中有数千亿颗恒星,大部分这些恒星都伴随着行星。

有些恒星系统只有一两颗行星,比如距离我们4.22光年的比邻星系,而有些恒星系统则拥有七八颗行星,就像我们的太阳系一样。

实际上,很少有孤零零的恒星系统存在。

因此,整个银河系中行星的数量要比恒星的数量多几倍,甚至可能达到了万亿级别。

在这万亿颗行星中,有一部分并不像地球一样围绕着恒星公转,而是属于流浪行星,终日在宇宙中漂泊。

在天文学中,恒星可以看作是行星的母亲。

以我们的太阳系为例,大约46亿年前,含有重元素的分子云坍塌形成了太阳。

在坍塌过程中,太阳产生了足够的引力,使得剩余的重元素逐渐聚集形成行星。

因此,可以说没有太阳就没有地球。

然而,并不是所有的行星都能留在它们所属的恒星系统中。

在新形成的恒星系统中,行星不仅受到恒星的引力影响,还受到周围行星的引力干扰。

根据天文学家进行的模拟研究,像太阳这样的多行星系统在演化过程中,早期至少会有一颗行星受到临近巨行星的引力弹射影响,被弹射到超过第三宇宙速度,成为一颗流浪行星,离开了原本的恒星系统。

除了被弹射出去的行星,还有一部分流浪行星是由于先天因素造成的,它们实际上应该被称为 褐矮星 ,属于失败的恒星。

在宇宙中,恒星的质量下限约为太阳质量的0.07倍,相当于70到80个木星的质量。

只有达到这个质量,恒星的核心区域才能产生足够的压力和温度,进而发生核聚变反应,成为真正的恒星。

然而,在宇宙中也存在一部分质量接近恒星临界点的行星,它们的质量大约为太阳质量的0.06倍或0.065倍,处于一个尴尬的位置,无法成为真正意义上的恒星。

虽然相对于行星而言,这些行星的质量非常大,但它们无法维持核聚变反应,无法产生持续的能量输出,因此被称为褐矮星。

褐矮星和行星之间的界限并不明确,这也是一个科学上的争议点。

一般来说,如果一个天体质量超过了13倍木星质量,它就能够在核心区域产生氘聚变反应,成为一颗真正的恒星。

而质量低于这个界限的天体被认为是褐矮星或者行星。

流浪行星和褐矮星的存在对我们理解宇宙中的天体演化和行星形成过程有着重要的意义。

它们的研究可以帮助我们了解恒星系统的形成和演化过程,以及行星在宇宙中的分布和运动规律。

流浪行星的存在也引发了人们对它们是否可能孕育生命的思考。

尽管流浪行星在宇宙中漂泊,没有稳定的恒星供应能量,但一些科学家认为,在一些特殊的条件下,流浪行星上可能存在适合生命存在的环境。

例如,如果流浪行星有足够的大气层和地下水资源,可能会形成一定的温度和压力条件,为生命的存在提供可能。

目前对于流浪行星上是否存在生命的问题,我们还没有明确的答案。

科学家仍在进行研究和探索,希望能够在未来的观测和实验证据中找到答案。

流浪行星是宇宙中真实存在的一类行星,它们由于各种原因离开了原本所属的恒星系统,漂泊于宇宙中。

它们的存在对我们深入了解宇宙中的行星系统和生命的起源具有重要意义,同时也激发了人们对宇宙中生命存在的想象和探索。

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