在我们的认知中,太阳就是一个无时无刻不在"燃烧"着的大火球,但是我们都知道,所有的燃烧都是需要氧气的参与,然而在太空却是没有氧气的存在,那么太阳是如何燃烧起来的,又为何能燃烧50亿年呢?火燃烧的必要条件根据史料记载,人类对"火"的使用已经有了几千年的历史,在原始社会最早的方式是采用"钻木取火",即通过利用石头、木棍与木头摩擦生热的原理产生燃烧,随着人类文明的发展,逐渐演变出了现在各种各样的方式来产生燃烧,比如打火机、火柴等。

实际上,地球上所有的燃烧现象就是一种化学反应,燃烧之后会有新物质出现,如果要想产生燃烧这种化学反应,必须具备三个条件,分别是燃料、燃点(火源)和氧气,其中氧气是不可缺少的一点。
如果一个地方没有氧气的存在,那么点燃的火苗也会在一瞬间熄灭,而古代的盗墓人也正是凭借这一点来判断墓室里到底有没有氧气的存在。
由此可见在燃烧中,氧气非常重要,如果没有氧气的话,任何物质都无法燃烧起来,比如灭火器的灭火原理就是利用将燃烧的物质和氧气隔离开,以此来实现灭火。
宇宙中没有氧气太阳为什么可以燃烧其实太阳的"燃烧"只是人类潜意识里对太阳的认知,认为太阳是一颗"燃烧"的大火球,但是只有仔细研究一下的话,太阳和燃烧是没有任何关系的。
太阳这种"燃烧"在本质上不同于普通燃烧,地球上的物质燃烧是化学反应(氧化反应),而我们的太阳则属于能量释放,并不需要氧气,它依靠的是其内部的核聚变反应,所以两者完全是不同的。
核聚变的发生是不需要氧气的,一般是处于高压状态下而发生的一个物理变化,最后会释放出大量的能量,而这些能量也会以热量的形式得到释放,所以太阳才会看起来像一个"燃烧"着的大火球一样。

在太空中,除了太阳这类恒星物体看起来像燃烧一样,其实天体与天体之间的碰撞看起来也是非常像燃烧的,比如1994年苏梅克列维九号彗星撞向木星,产生了非常壮观的大爆炸景象,从远处看当两者撞击的那一刻爆发出了巨大的"火焰",说是"火焰",但事实上并不是燃烧,只不过是撞击释放出了大量的热辐射。
太阳的中心无时无刻都在发生核聚变反应所谓的核聚变是指在一定条件下,原子核互相碰撞,而在这些原子核发生互相聚合作用的过程中,它们不仅会生成新的更重的原子核,同时还会由于质量亏损而释放出巨大能量的一种核反应。
太阳是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体,作为太阳系的中心天体,它占了太阳系总体质量的99%以上。
从化学组成上看,太阳质量的四分之三是氢,剩下的几乎都是氦以及少量氧、碳、氖、铁所组成,采用的是核聚变的方式来向太空释放光和热。
根据科学研究证明,太阳的中心温度高达1500万摄氏度,是一个高温、高压、高密度的区域,每时每刻都在发生着热核反应并向外释放能量。
具体点来说,太阳的主要组成成分氢在高温高压的环境下发生碰撞进行核聚变形成氦,在这个过程中有质量损失。
太阳每秒钟内会消耗掉6亿吨质量,但经过核聚变产生的氦只有5.95亿吨,由能量守恒定律,损失掉的500吨质量会转化成能量辐射出去,也就是发光和发热。

太阳最后的归宿目前,太阳是一颗黄矮星,黄矮星的寿命大约是100亿年,而太阳现在的年龄大约为46亿岁,可以认为太阳如今维持在一个主序星阶段,可以持续稳定地再燃烧50多亿年。
之后太阳内核的温度急剧升高,外层的物质被推开并大幅度膨胀,体积达到在主星序时的数百倍大小,此时太阳会停止发光发热,成为红巨星。
当太阳的晚年变成一颗红巨星,而且其膨胀的体积会吞没地球所处的轨道……然后温度继续升高,红巨星的外层再继续膨胀,这个时候就会形成体积更大的红超巨星。
但是红超巨星极其不稳定,其外层物质会由于缺少束缚而抛射出去并形成行星状星云,当行星状星云中心的核心逐渐冷却,最后会变成一颗体积极小、密度极大的白矮星。
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