超越时空的呼唤：旅行者一号的"长寿"密码

前言

在人类对宇宙的探索中，旅行者一号是一位不可或缺的"先驱者"。

自1977年成功发射以来，它已经在太阳系中"漂泊"了将近44年，距离地球约243亿公里。

尽管岁月的痕迹在它身上留下了浓重的"历史沧桑"，但令人惊叹的是，它仍然能够与地球保持稳定的通信，这无疑是科学技术与人类智慧的伟大结晶。

远古的"信号"，穿越亿万光年的距离

通信背后的"科技密码"

旅行者一号之所以能够与地球进行稳定的通信，关键在于其所携带的通信设备。

由于距离遥远，一次信号的往返需要24小时的时间，而且受限于它所携带的动力系统，其信号功率仅为20瓦，相当于一盏节能灯的功率。

如何在如此"低功率"的条件下，实现稳定的通信呢？这其中的"科技密码"可谓是相当复杂。

为了能够接收到旅行者一号发送的微弱信号，NASA专门设置了一座直径为3.7米的定向天线，通过精密的定位和调整，才能够"捕捉"到这些来自"深空"的信号。

此外，为了进一步提高信号的接收质量，NASA还利用射电望远镜阵列技术，将多个射电望远镜组合在一起，形成"超大口径"的射电望远镜，从而实现对信号的"聚集式接收"，确保信号不会在传输过程中丢失，才能够"安全抵达"地球。

技术的"时空隧道"，探索宇宙的"速度之谜"

在宇宙探索的道路上，"速度"无疑是一座难以逾越的"大山"。

尽管人类在航天技术上取得了长足的进步，但是要想真正"飞出"太阳系，目前所使用的宇宙飞船速度仍然"力不从心"。

当前的太阳系探测器，包括旅行者一号在内，都无法突破太阳的引力束缚，实现"离开"太阳系的目标，这也被戏称为"太阳系的速度之谜"。

如何才能够"突破"这一难题，实现对更远宇宙的探索呢？科学家们纷纷表示，这需要依靠更快速的探测器，才能够"超越"目前的技术限制。

而要实现这一目标，或许需要依靠一些"前沿"的科技手段，比如反物质推进技术或可控核聚变技术。

只有通过这些"超前"的科技突破，才能够为探索太阳系和更远宇宙的道路上，注入"速度之力"。

未来的"呼唤"，超越技术的"伦理挑战"

科技的"无限延伸"，伦理问题的"深空探索"

随着科技的不断进步，人类对宇宙的探索将会迎来"无限可能"，但与此同时，也会伴随着一系列的"伦理挑战"。

比如，在探索太阳系的过程中，如果"意外"地发现了外星文明的存在，这将会给人类社会和文明带来"极大的冲击"，甚至可能会引发"深远的伦理反思"。

如果人类与外星文明"相遇"，又该如何进行"交流"呢？这无疑是一项"前所未有"的挑战，需要依靠全球的科学家和智慧，共同探讨并制定出"科学而又合理"的交流方案。

或许在这个过程中，一些"超前"的科技手段，比如量子通信技术，就会成为"无法替代"的工具，为人类和外星文明之间的"交流"搭建起一座"无形的桥梁"。

技术的"超越"，科学的"启示"

尽管旅行者一号的技术已经"落后"了，但是它依然散发着"耀眼的光芒"，为人类带来了"无限的启示"。

它向人类展示了"科学无国界"的精神，只有全球各国的科学家们通力合作，才能够创造出如此"伟大的奇迹"；

它也启发了人类对"时间和空间"的深刻思考，让我们意识到，无论是"去"、"现在"还是"未来"，时间都是如此"深邃"而"神秘"的存在。

在未来的科学探索中，人类需要不断"超越"技术的局限，同时也要对"自身"有着更加"深刻"的认知，探寻"宇宙之外"同样需要对"内心世界"有着"清晰"的触摸。

只有在"科学"与"智慧"的双重引领下，人类才能够真正领悟"宇宙之谜"的"终极密码"，并为"人类文明"的未来之路，指引出一条"光芒万丈"的道路。

结语

或许在不久的将来，随着科技的进一步发展，我们与外星文明的"第一次交流"就会在"意想不到"的时刻到来，而这一刻的"震撼"和"感动"，也许将会超越一切，成为"人类历史"上最为璀璨的一页。

在这"无垠的星空"之下，我们始终无法预测未来的"一切"，但是有一点可以确定的是，不论是科技还是智慧，它们都将会成为"无比宝贵"的"财富"，照亮"人类文明"的前行之路，永远不会停止"探索"的脚步。

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