众多"流浪黑洞"统治着银河系 黑洞或为另一宇宙入口

　　几乎每个星系中都存在超大质量黑洞，尤其是星系中央核心区附近都被超级黑洞所统治，但研究人员发现其实银河系内还存在其他黑洞，它们属于"流浪黑洞"，数量可能达到数百个，这些黑洞的质量可能不太大，有些黑洞接近恒星级的质量，或者是一些中等质量的黑洞。

"流浪黑洞"对于我们而言可能是个极大的威胁，因为我们无法直接观测到黑洞，对此科学家提出了一个新的方法来寻找"流浪黑洞"，即来自其他星系光出现奇怪的扭曲或者变化，这样可以反推出"流浪黑洞"的位置。

　　科学家发现黑洞事件存在神秘能量墙【资讯】

　　银河系中央黑洞已经被证实，质量在400万倍太阳质量左右，除了这些黑洞之外，银河系内还存在许多"流浪黑洞"，关于它们的来源，科学家已经找到了某些线索，可能是银河系早期周围矮星系所遗留下的，来自哈佛大学的天体物理学家阿维勒布认为矮星系之间的合并、或者碰撞导致这些黑洞进入银河系中，有些黑洞通过合并逐渐增大了自己的质量，有些黑洞则被踢出了自己所在的矮星系天体系统，成为"流浪黑洞"。

　　科学家还发现一旦宿主星系有足够大的质量，那么该天体系统附近的"流浪黑洞"就无法逃脱，而且通过黑洞合并的途径还可能增加中央超大质量黑洞的质量。

此外，科学家还提出了一种方法，即弓形激波法来寻找"流浪黑洞"，这是因为"流浪黑洞"通过诸如银河系气体盘时会产生高速冲击，并释放出射电波，类似于超音速飞机产生的音爆，这种方法可以探测到哪些看不见的"流浪黑洞"。

　　科罗拉多大学天体物理学家杰里米·达林认为该方法比较新颖，"流浪黑洞"在吸积其他天体物质时可释放出辉光，这一点和其他黑洞类似，由于"流浪黑洞"不容易被探测到，因此寻找此类天体就变得有些棘手，在我们银河系演化早期，矮星系中遗留的"流浪黑洞"可分布在银河系边缘附近，它们也是宇宙中较早的一批黑洞，对我们研究宇宙演化有着重要意义。

　　每个黑洞内都含有一个宇宙

　　美国物理学家表示，我们的宇宙就像是俄罗斯套娃的一部分，可能栖身于一个黑洞内，而这个黑洞本身又是一个更大宇宙的一部分。

反过来，迄今在宇宙中发现的所有黑洞——从微小黑洞到超大质量黑洞——可能都是通向其他世界的通道。

　　黑洞是宇宙间的通道

　　根据一个离奇古怪的新理论，黑洞其实是宇宙间的通道——一种虫洞。

从理论上讲，虫洞是连结白洞和黑洞的多维空间隧道，无处不在，但转瞬即逝。

这种理论认为，黑洞吸收的物质没有如预测的那般被破坏成一个点，而是在黑洞的另一端喷涌出一个"白洞"。

所谓白洞是广义相对论预言的一种与黑洞相反的特殊天体。

　　外星人可能生存在黑洞里

　　美国印第安纳大学物理学家尼克蒂姆-波普拉维斯基(Nikodem Poplawski)日前在《物理快报B辑》上发表了一篇论文，文中提出了一种新的数学模型，用以描述坠入黑洞物质的螺旋运动。

按照波普拉维斯基得出的方程式，这种虫洞是"时空奇点"的切实可行的替代物，着名物理学家阿尔伯特-爱因斯坦预测"时空奇点"存在于黑洞的中心。

　　根据爱因斯坦广义相对论方程式，奇点形成于特定区域内物质过于稠密的时候，所以，这种事情可能会发生于黑洞的超密度中心。

爱因斯坦的理论认为，奇点不占用任何空间，密度无限大，温度无限高——这一概念得到了大量间接证据的支持，可由于听上去离奇古怪，使得许多科学家难以接受。

　　如果波普拉维斯基的理论最终被证明是正确的，这些科学家可能会改变他们的立场。

根据新的数学模型，黑洞吸收并看似破坏的物质实际上被驱逐出去，成为另一世界中星系、恒星和行星的基础物质。

波普拉维斯基表示，黑洞为虫洞的概念或能解释现代宇宙学的某些谜团。

例如，宇宙大爆炸理论认为，宇宙是以奇点为起点开始演变的。

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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