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真正的天外来客,揭示宇宙形成的神秘,每天50吨陨石降落地球?

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-08-28

有这样一群人,他们被称为陨石猎人,人如其名,他们平时经常从事寻找陨石的活动,他们既有可能是周末和下班后寻找陨石的业余爱好者,也可能是以回收陨石为生的专业人士,同时也进行陨石交易。

这两者都会使用金属探测器或磁铁等工具来发现陨石。

太空的来客

简单来说,陨石来自于太空,坠落到地球表面,它们的本质没有什么稀奇的,就是来自外星球的岩石。

陨石并不是它们的最终形态,它们最初是流星体,是一种围绕着太阳运行的岩石或金属块。

之后它们会变成流星,从流星体到流星,中间的变化过程是因为流星体撞击了地球大气层,人们常常在天空中看到的一闪而过的星星就是它们。

流星在进入地球之后会因引力而坠落到地面,在大气层它们会被燃烧,燃烧后形成的就是陨石。

很多人以为陨石都是很大一颗,只要砸到地面上就会留下一个大坑,实际上的陨石并非如此。

每天地球表面会有大约50吨的宇宙碎片降落,在这50吨中,百分之99以上都是尘埃一般的颗粒,也就是微陨石,和灰尘差不多,剩下的才有可能像石头一般大。

地球上发现的最大陨石是南非的霍巴陨石,重约五万五千公斤,在它被发现后就没有移动过。

不过这只是极端个例,大多数除了微陨石以外的陨石,最大不过手掌那么大,看起来和地球上的石头差不多,只不过会有一个烧焦的表面。

搜索陨石的过程

一般常见的陨石都是铁陨石,发现它们的过程很简单,磁铁就能从土壤表面吸起它,陨石猎人通常安装一块陨石在一根棍子的末端。

高级一点的会用金属探测器,金属探测器更加灵敏,就算是几十厘米深的土壤也可以穿透。

还有一些陨石中金属含量很少,可能没有足够高的镍铁含量来触发磁铁和金属探测器。

在这种情况下,陨石猎人就需要使用大型且非常灵敏的金属探测器以及探地雷达、激光雷达,甚至地雷探测器,在这些设备的帮助下才能找到陨石。

尽管陨石在全球范围内均匀下落,大多数都降落在海中,非常少数才能降落到陆地上,但在年降雨量大的地区,寻找陨石要更加困难。

因为雨水充沛的地方,陨石通常不会留在地表,它们会被雨水冲刷进土地深处。

如果一块陨石在坠落之后,几个月内都没有被人发现和回收,它就很可能被冲积层掩埋或被植物覆盖。

地球的陆地上,一些北极和沙漠地区已被证明非常适合保存陨石,用肉眼也很方便搜寻。

陨石有何特殊价值?

首先,物以稀为贵,陨石的少见决定了它在市场中的价格,有一些人就是很着迷于这种天外来客,觉得无论从外观还是意义上来说,陨石都有着特殊价值,因此会从陨石猎人手中购买陨石。

其次,陨石最有价值的方面还是它的研究价值。

一个宇宙中的物质戏剧性地坠落到地球上,很多科学家们都将他们的职业生涯花在了研究陨石上,因为部分陨石包含了我们太阳系大约46亿年的历史记录。

通过研究陨石,人类可以详细了解太阳系是如何演变成今天的太阳和行星的,以及陨石撞击将如何影响我们的未来。

某些 原始 陨石包含太阳系中形成的第一种固体物质,通过这种固体物质研究人员确定了太阳系的年龄,也就是45.68亿年。

这些岩石提供了早期太阳系条件的快照。

原始陨石也为了解整个太阳系中元素的比例提供了线索。

另外,来自小行星甚至其他行星的陨石帮助科学家了解我们太阳系中的所有行星,甚至是这些行星诞生和变化的过程,从陨石中可以知道行星往往会有一个由镍和铁金属组成的核心。

行星形成过程中,金属沉入主体中心,而较轻的物质在外部形成岩石地壳和地幔。

最后,快速移动的大型小行星和其他天体撞击地球、月球或其他行星时会产生巨大的撞击力,从而形成陨石坑。

月球就有数百万个陨石坑,这些陨石坑可以揭示这些天体进入行星附近的频率。

地球表面实际上也布满了陨石坑,但由于地球表面的地质变化原因,大部分的陨石坑都消失了,至少用肉眼是看不到的。

尽管如此,地球还是偶尔会被大型陨石撞击,而且毫无疑问,未来这些陨石还会再次撞击地球。

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

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