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宇宙中的行星亿亿万万,可都是球形的看地球就知道了

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-06

宇宙中的行星亿亿万万,为何都是球形的?看地球就知道了

在我们的日常生活中,我们可以明显地看到地球的形状是圆的。

当我们站在海边远望,或是在飞机上俯瞰大地时,这种形状就更加明显了。

你是否曾经思考过,为什么我们所在的这个星球以及我们在宇宙中看到的其它行星都是圆的呢?这个问题的答案涉及到天体物理学和天文学的一些基本理论。

引力的作用

我们需要理解的是,行星的形状主要受到其自身的引力影响。

引力是一种吸引物体的力量,它是由物体的质量和距离决定的。

在宇宙中,所有的物体都受到引力的作用,无论是恒星、行星,还是我们自己。

当一个行星形成时,其内部的岩石和金属会因为引力而向中心聚集。

这个过程会使得行星的内部逐渐变得均匀,最终形成一个近似球状的结构。

自转的影响

行星的自转也对其形状有重要的影响。

地球每天自西向东旋转一次,这种自转使得地球呈现出类似于椭球的形状。

由于地球的自转速度相对较慢,因此这种形状变化并不明显。

对于更大的行星,例如木星和土星,它们的自转速度更快,因此它们的外形更像是一个扁平的球体。

流体静力平衡

此外,行星的形状还受到流体静力平衡的影响。

在行星的内部,岩石和金属会在引力的作用下向中心运动。

这种运动并不是无止境的。

当行星内部的压力足够大时,它会与引力相抵消,使得内部的物质停止向中心运动。

在这种状态下,行星的形状会达到流体静力平衡,形成一个近似球状的结构。

行星的形成过程

行星是如何形成的呢?一般来说,行星的形成是一个漫长而复杂的过程。

最初,太阳系中的尘埃和气体开始聚集在一起,形成了一个叫做"原始星云"的巨大气体和尘埃云。

随着时间的推移,这个原始星云开始旋转并逐渐缩小。

在这个过程中,原始星云中心的气体和尘埃开始集中在一起,形成了一个新的天体——原行星核心。

原行星核心继续吸收周围的物质,逐渐增大并形成一个固体的核心。

与此同时,围绕在核心周围的气体和尘埃开始形成一个薄薄的气体外壳。

随着时间的推移,这个气体外壳变得越来越厚,最终形成了一个完整的行星壳层。

在这个过程中,原行星核心的引力作用使得行星内部的物质向中心聚集,形成了一个近似球状的结构。

总结

行星为何都是球形的,主要是由于其自身的引力作用、自转的影响以及流体静力平衡的结果。

这些因素共同使得行星在其漫长的形成过程中逐渐呈现出球形的结构。

虽然在我们的日常生活中,我们可能无法直接观察到这些复杂的物理过程,但是通过学习天文学和物理学的知识,我们可以更好地理解我们的宇宙以及我们所生活的地球是如何形成的。

同时,这也让我们认识到,尽管宇宙中的行星数以亿计,但它们都有一些共同的特征。

这些特征不仅揭示了宇宙的基本规律,也为我们寻找外星生命提供了线索。

例如,如果一个遥远的行星具有类似地球的形状和环境条件,那么它可能有可能存在生命。

我们应该感谢科学家们对这个问题的深入研究。

他们的工作不仅增进了我们对宇宙的理解,也启发了我们对未来的思考。

随着科学技术的进步,我们对宇宙的了解将会越来越深入。

也许有一天,我们将能够亲自探索宇宙,亲眼看到那些遥远的、神秘的、球形的行星。

通过对这个问题的研究,我们可以看到科学的力量。

科学不仅可以解答我们对世界的疑问,也可以激发我们对未知的好奇心和探索欲望。

让我们一起期待那一天的到来吧!

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