
当我们仰望星空时,我们看到的只是宇宙中微不足道的一部分。
星星在宇宙中点缀着,但在更深处,有一些宇宙空间异常空旷,充斥着空洞。
这些空洞内,星系数量寥寥,有时甚至是一片真空。
宇宙空洞是一项深奥的科学难题,科学家们猜测,这些空洞可能是高维度文明的产物。
一、神秘而引人入胜的宇宙空洞
宇宙的本质一直是人类长久以来的研究对象。
对宇宙的深入探索对于人类的进步至关重要。
在这个过程中,宇宙空洞的研究也扮演着不可或缺的角色,因为这些空洞可能会提供宇宙的最佳解释。
宇宙空洞,字面上的意思就是空旷的宇宙区域。
科学家们解释说,它们是低密度的宇宙区域。
这些空洞内部似乎空无一物,星系、恒星、行星,甚至暗物质都稀缺得难以察觉。
尽管空洞占据了宇宙空间的80%,但其中的物质只占宇宙总物质量的20%,这使得它们显得异常 空旷 。
然而,即使在这些空洞中,也偶尔会有一些星系存在。
考虑到宇宙的巨大,即使在直径达数十亿光年的空洞中,也可能存在着数个星系。
这些星系数量稀少,相对于宇宙的广袤而言微不足道。
空洞的观测对于天文学家来说是一项巨大的挑战,因为它们几乎无法被直接观测到,就像被虚空包裹着一样。
科学家们通常使用 鸡蛋图 的方法来寻找宇宙空洞的迹象。

鸡蛋图 是一种可视化三维图像,它记录了宇宙背景辐射的微小温度变化,这些变化表现为一个卧着的鸡蛋状图案。
通过观察这种变化图,天文学家们能够确定空洞的存在,并研究它们与其他宇宙区域的差异和分布。
二、已知最大的空洞:波江座空洞
通过 鸡蛋图 ,科学家们确认了空洞的存在,这一发现令人惊叹。
空洞的研究让我们更深入地理解宇宙,同时也让天文学家们发现了迄今为止已知的最大空洞 波江座空洞。
波江座空洞的直径达到了10亿光年,是已知的最大空洞。
这个巨大的空洞内部几乎没有星系,更没有其他的天体。
波江座空洞内部的温度较低,被称为 CMB冷点 ,这使得它在宇宙背景辐射中显示为更冷的区域。
在波江座空洞内,没有物质、能量,甚至没有生命存在。
这一现象令人疑惑,也引发了科学家们的各种猜测。
科学家们通过对空洞的研究,推测出了标准空洞的大小,然而波江座空洞的发现却超出了他们的预期。
波江座空洞的巨大规模令人难以置信,它被认为是多个空洞合并形成的结果。
三、空洞:通向多元宇宙的纽带吗
空洞的存在引发了一系列猜测和理论。
一些科学家认为,宇宙空洞可能是多元宇宙存在的证据,甚至可能是多元宇宙之间的连接。
观察表明,在空洞中存在着碰撞的迹象,这引发了科学家们对不同维度空间或不同宇宙之间碰撞的猜测。
这一理论能够解释空洞内部的物理现象和其特殊性。

这些理论使我们不禁联想到电影《星际穿越》中的概念,即空洞可能是连接不同时空宇宙的通道,允许我们自由穿越,甚至超越时间的限制。
这些猜测充满科幻色彩,但也充满了诱惑力。
然而,值得注意的是,这些理论仍缺乏确凿的证据。
四、宇宙的牢笼还是隧道
尽管宇宙空洞是一项令人着迷的研究领域,但对它们的真正性质我们仍一无所知。
一些科学家认为,空洞可能是宇宙的屏障,隔绝了内部星系与外部的交流,将其视为一种 牢笼 。
这一观点也引发了关于宇宙中是否存在其他文明以及宇宙中的生存方式的猜想。
空洞内的星系似乎被孤立了,四周的空旷使它们难以与其他宇宙区域互动,这可能对宇宙中的文明产生了影响。
这些观点仍然只是猜测,缺乏确凿的证据。
宇宙空洞的研究仍处于初级阶段,技术和观测能力的提高可能会帮助我们揭开这一谜题。
尽管我们不能确定空洞是宇宙的牢笼还是隧道,但已经发现它们的存在本身已经是一项巨大的成就。
相信随着科技的进步和天文学家的不懈努力,我们最终将能够解开宇宙空洞的奥秘。
空洞的存在是否将改变地球上人类的文明轨迹,仍然是一个未知数,但它们无疑为我们的宇宙观提供了更多的思考和可能性。
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.
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