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宇宙运行最惊人的超巨型黑洞或将吞噬整个宇宙

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-07-30

从人类能够观测到宇宙之后,我们就在不断的探究宇宙运行的真相,宇宙到底是如何形成的,又是如何运行并发展至今的呢?我们一直在探究宇宙的本质,却忽略了宇宙运行最惊人的真相,那就是宇宙的终点。

万事万物有始有终,宇宙自然也不例外,而宇宙的终点可能就是被一个超巨型黑洞吞噬。

人类对宇宙运行的认知在20世纪初,传统科学认为宇宙 指整个星系是完全静止的,永恒不变的。

然而在1929年一切都改变了。

在洛杉矶的威尔逊天文台,美国天文学家埃德温·哈勃发现星系并非静止不动。

它们不但在移动,还在以难以置信的速度飞离地球。

而在2004年,天文学家曾发射"斯皮策"红外太空望远镜,观测新恒星的诞生过程。

宇宙早期太空中弥漫着无数的氢气团,物质密度大的地方其温度就高,密度小的地方温度就低。

冷热氢气团久而久之就形成旋涡,而且是越转越快。

在引力的作用下,氢气团的密度越来越高,吸入气团内的物质越来越多,大约经过50万年的漫长过程,气团中心的温度达到了1500万℃,氢气原子之间发生聚合变成氦,释放巨大的能量而且发光,就这样氢原子在引力作用下升温、高压和极大密度下,发生核聚变反应,释放巨大无比的聚变能,从而诞生了宇宙的第一颗恒星,质量越大的恒星聚变速度越大越快。

宇宙从恒星诞生的那天起开始从黑暗走向光明,而且越来越璀璨夺目。

宇宙中有数十亿、百亿、千亿、千万亿颗恒星,直至形成现在的宇宙。

通过观察星系的运动,哈勃令人信服地证明了宇宙是不断地膨胀的,也揭开了宇宙运行最惊人的真相。

从理论上讲,一个不断膨胀的宇宙肯定是由一个单一的点开始的。

通过测量宇宙的膨胀速度,天文学家们逆算出宇宙是何时产生的——137亿年前!宇宙最终或将被黑洞吞噬↓↓↓宇宙的终点或许就是黑洞在研究宇宙运行中,科学家们发现宇宙中存在一个超大质量,任何星球遇上都会被吸进去的特殊天体——黑洞。

而在黑动附近的星球都会围绕着黑洞运行。

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后,发生引力坍缩产生的。

黑洞的质量极其巨大,而体积却十分微小,它产生的引力场极为强劲,以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件临界内,便再无法逃脱,甚至目前已知的传播速度最快的光也逃逸不出。

黑洞具有强大的吸力,任何时空,宇宙事物只要进入黑洞就会被一股强大的引力力吸入黑洞中。

黑洞在宇宙中不止一个,由于黑洞是由一些恒星"灭亡"后所形成的死星,它的质量极大,密度极大。

人们无法直接观察到它,因为黑洞里是弯曲的时空,任何经过黑洞附近的光都会偏离,使得任何仪器和光都无法靠近它。

宇宙中存在无数的黑洞,而每个星系中间都有黑洞,并且附近的星体都围绕着黑洞运行。

黑洞的大小不一。

星系越大,星系中心的黑洞越大。

仙女座星系黑洞比太阳大1.4亿倍。

M87黑洞是太阳的200亿倍。

早期宇宙,第一批出现的恒星质量都比太阳质量大的多,都是超级恒星,当这些超大恒星消亡时往往引发超新星爆炸,出现一系列大小不一的黑洞。

目前还没有观测到黑洞消亡的案例,也就是说黑洞可能因为不断吞噬物质而变得越来越大,最后所有的黑洞会汇聚成为一个黑洞,将整个宇宙的物质都吞噬殆尽,在没有物质能够补给这个如同宇宙般大小的黑洞时,这个黑洞可能会爆炸,将所有吞噬的物质吐出来,从而形成新的宇宙,宇宙或许就是这样在不断的周而复始。

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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