地球神秘的黑钻石可能始于一次古代宇宙撞击
想象你从巴西一条古老河床中捡起一块黑色石头。
它的表面像玻璃一样发亮，但内部布满小孔。
把它敲开，你会发现并非一颗晶体，而是一团紧密堆积的微型钻石。
这块奇特的石头从何而来？
这些多孔黑钻石被称为黑金刚石（carbonado），见于巴西和中非。
尚未有人确认它们最初形成于哪种岩石中。
它们闪亮的表面曾让一些研究人员猜测，它们是否来自太空，或是在一次剧烈的宇宙撞击中形成。
它们不同于切割珠宝用的透明单晶。
一颗黑金刚石颗粒可以包含许多孔洞和多种矿物拼凑而成的组合，每一部分都可能是其过去不同阶段留下的。
解读这些痕迹，颇像根据一只历经旅途的行李箱上的标记拼凑出一段旅程。
如今一项研究提出了另一种旅程。
一次古老撞击可能帮助将富含碳的物质带入地球深处。
钻石可能在那里——地幔中——形成，随后又向地表上升。
在这一叙述中，碰撞开启了故事，但并未直接形成钻石。
为探究这一点，阿蒂拉·德梅尼（Attila Demény）、彼得·内梅特（Péter Németh）及其同事研究了巴西通巴多尔组（Tombador Formation）的黑金刚石。
他们检测了其中的碳，用X射线扫描石头，并在电子显微镜下观察选定的颗粒。
玻璃质表面是他们的第一个谜题。
它曾被比作陨石熔融的外壳。
如果撞击产生了这种表面，它本应在钻石的微观结构中留下迹象。
相反，普通钻石晶体一直延伸穿过表面，在所检查的颗粒中没有与冲击相关的结构。
一些石头还带有薄薄一层锐钛矿，这是一种由二氧化钛组成的矿物。
在它下面，单个钻石晶体得以保存，而光滑表面同时延伸覆盖涂层和裸露的钻石。
“玻璃质表面的形成必定晚于这种矿物沉淀，”德梅尼告诉我们。
这一顺序表明，涂层先出现。
后来，流体可能同时溶解了少量钻石和涂层，使它们的表面变得光滑。
因此，这种光泽可能讲述的是石头历史中较晚的一幕，而不是钻石最初如何形成。
为了探究钻石中的碳来自何处，研究人员测量了不同形式碳的比例。
在大多数石头中，这些比例类似于古代生物留下的碳。
有一颗颗粒的结果介于典型黑金刚石和地球深处形成的钻石之间。
它的碳可能来自多种来源的混合。
但始于地球表面的物质，如何到达形成钻石所需的深度？
“唯一途径是俯冲，而且俯冲必须非常迅速，否则钻石内部的孔洞应该早已被消除，”德梅尼说。
俯冲是地表物质沉入地球内部的过程。
在该团队的模型中，快速下沉有助于解释为什么这些钻石仍含有如此多的孔洞。
研究人员提出，年轻地球上一次大碰撞可能启动了这样的下沉过程。
德梅尼说：“已知地球曾受到大小达到100–200公里的地外天体轰击，这可能诱发了快速俯冲。
”
富含有机物的沉积物被向下扫入，可能到达地幔；在那里，巨大的压力将其中的部分碳转化为钻石。
上升的岩浆后来可能使含钻石的岩石破碎，并把碎块带向上方。
其他矿物进入孔洞；侵蚀作用将这些碎块沉积到沉积物中，后来流体使它们的表面变得光滑。
这一设想的旅程有助于把黑金刚石的若干奇特之处联系起来：它所含的碳、孔洞、破碎外观以及充满矿物的空间。
此前一项研究还描述了一个标本，其中黑金刚石上生长着一颗宝石级钻石；德梅尼说，这支持黑金刚石可能曾在地幔中停留过的观点。
有机碳最终进入地球深处钻石中已有先例。
其他研究探讨了小行星撞击如何影响年轻的地球。
这两项发现都未证实所提出的黑金刚石完整旅程，但都表明这些石头中保存的线索值得研究。
研究人员尚未确定与黑金刚石有关的特定撞击。
他们也未在样品内发现被捕获的矿物，能明确证明地壳物质在钻石形成之前进入了地幔。
德梅尼说，这样的包裹体将提供特别有用的检验。
表面也可能在侵蚀之前就已被磨光；时间仍不确定，而有机来源和撞击驱动下沉仍是假说。
该研究更直接确定的是石头表面记录的顺序：锐钛矿涂层早于玻璃质表层，这与后来被流体溶解一致。
该研究已发表在《冈瓦纳研究》上。
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
