1994年夏天，一颗彗星碎成一串，撞上了木星表面

1994 年夏天，一颗彗星碎成一串，接连扎进木星，网上流传着这样一种说法，这场撞击相当于20 亿颗原子弹爆炸，要不是木星挡在前面，人类早就不复存在，听上去仿佛我们应当感恩木星，感谢这颗巨大的行星替地球扛下了一场灭顶之灾。

不过先别急着下结论，撞击事件真实发生，撞击带来的破坏力也足够恐怖，但并没有证据表明，这颗彗星原本的运行轨道就是冲向地球，更反常识的一点是，当初把这颗彗星撕碎的，恰恰就是木星本身，这究竟是一场英雄式的救场，还是引力引发的一场宇宙事故？

把时间拨回到 1993 年，天文学家发现了一颗样貌十分怪异的彗星，苏梅克‑列维 9 号，普通彗星都会拖着标志性的彗尾，而这颗彗星看上去却像一串散开的珠子，早在 1992 年，它就近距离掠过木星，闯入了木星危险的引力影响范围，木星没有任何实体动作，仅凭自身引力就撕碎了彗星，背后的力量就是潮汐力。

我们可以把彗星想象成一团结构松散的脏雪球，彗星靠近木星的一侧承受的引力更强，远离木星的一侧引力则相对更弱，天体两端巨大的受力差，直接撕扯彗星本体，就好比电梯还没等你松手，就猛地向上启动，彗星自身的结构扛不住这份拉扯，完整的天体就此碎裂成一串碎片，走向注定的撞击结局。

可碎裂并不代表碎片能够逃离木星，这些碎块顺着原本的轨道继续运行，再度回归的时候，目的地直接对准了木星的大气层，1994 年 7 月 16 日至 22 日，大约 21 块主要碎片接连撞击木星。

这也是人类第一次清晰观测到太阳系大型天体之间的碰撞，灾难不再只留存于远古的地层化石之中，而是实实在在发生在望远镜的观测视野里。

很多人会产生疑惑，彗星不过是冰和尘土组成的脏雪球，究竟能产生多大的杀伤力？

宇宙当中衡量破坏效果，不能只看物质本身，一盆水泼到身上只会让人恼火，高速运转的水刀却可以切割钢板，这些碎片撞击木星的时候，速度达到了每秒 60 公里，仅仅是你脱口而出一句话的功夫，碎片就已经飞出几十公里，按照这个速度，跨越一万公里都用不了三分钟。

动能遵循着十分残酷的物理规律，质量翻倍，动能随之翻倍；可一旦速度翻倍，动能就会变成原本的四倍，这也就意味着，哪怕碎片内部没有半分炸药，只要体积足够大、运动速度足够快，撞击就会带来天文级别的灾难。

彗星撞击产生爆炸效果，并不是彗星内部藏有引信，而是碎片高速撞击过程中急剧减速，巨大的动能瞬间转化为热量与冲击波，气体在高速挤压下温度飙升，碎片破裂汽化，木星大气也随之被剧烈扰动，一团冷冰冰的雪球，就这样制造出巨大的火球。

木星和地球不一样，它没有固态的岩石地表，彗星碎片没办法砸出普通的陨石坑。

碎片扎入的是一层比一层稠密的大气，看上去如同坠入云层，本质却是以极高的速度不断撞上越来越厚重的屏障，撞击之后炽热的物质向上喷涌，形成规模庞大的羽状喷流，向外喷发的物质再度回落，又会把能量重新返还给大气，相当于挨过一记重拳之后，落回的物质还要补上一击。

其中 G 碎片的撞击格外引人注目，它在木星表面留下了大片暗色痕迹，影像当中观测到的暗环，尺度接近地球直径的八成，在照片上看，它只是木星表面一块不起眼的斑，可倘若把地球放到旁边对比，我们熟悉的城市、山川、海洋，全部都成了直观的比例尺。

不过这并不是木星被撞出了一个地球大小的破洞，这只是撞击扰动大气留下的痕迹，并非岩石地表上的伤口，就像一滴墨水落入水中，扩散开来的范围远远大于墨水本身。

真正震撼的地方在于，体积并不算大的碎片，竟然能够搅动如此大范围的木星大气。

那广为流传的 “20 亿颗原子弹” 这个说法，到底靠不靠谱？

原子弹本身并没有统一的爆炸当量标准，选用不同规格的炸弹去换算，最终得出的数量会天差地别，如果按照单颗 1.5 万吨 TNT 当量计算，20 亿颗就等同于 30 万亿吨 TNT，这是一个已经超出普通人想象能力的数字。

同时我们还要分清，这个数值描述的是单块碎片，还是整场撞击事件，碎片真实的体积、重量、能量释放形式，学界本身就存在估算误差，所以 20 亿颗原子弹只能当作一个通俗化的比喻，不能当成精准数据，更不能直接推演，说这些破坏力原本都会降临地球。

抛开这些夸张的网络说法，更值得思考的问题反而更加现实，如果真的有大型天体撞上地球，人类能否扛住？

对于足够巨大的撞击体而言，最恐怖的未必是撞击发生的那一瞬间，身处撞击点附近，要直面强光、高温、冲击波以及四处飞溅的物质，城市会瞬间摧毁，不存在游戏里慢慢掉血的过程，可就算你身处另外一片大陆，躲开了撞击的直接破坏，也不代表就可以安然无恙。

大规模撞击会把大量尘埃以及其他物质抛射到高层大气，假如遮光物质数量足够多，并且长期悬浮在空中，地表接收的阳光就会大幅减少，气温随之下降，植物生长受阻，农业生产遭受重创，到这时就能明白，人类文明的存续根基，不只建立在钢筋水泥之上，还扎根在麦田、稻田，藏在海洋的食物链当中。

一旦粮食生产大范围受损，危机就会顺着物流、能源、供应链传导到每一个人的生活。

真正可怕的，不是灾难发生那天刺眼的天空，而是在之后漫长的时间里，太阳照常升起，大地却再也产出不了足够养活人类的粮食。

NASA 也提到过，假如这颗彗星撞击地球，会引发全球性大气灾难，但全球性灾难不等于地球本身会被炸碎，地球这颗星球可以扛住冲击，但生活在星球之上的人类文明，很难承受剧烈的环境剧变。

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