在浩瀚无垠的宇宙中,隐藏着无数令人惊叹的未解之谜,如同璀璨星空中闪烁的神秘灯塔,吸引着人类无尽的好奇与探索。

宇宙深空
当我们仰望那片深邃的苍穹,心中不禁涌起对宇宙奥秘的敬畏之情。
宇宙是如此广袤,以至于我们难以想象它的边界究竟在哪里。
从我们生活的地球出发,太阳系只是宇宙中的一个微小角落。
太阳系
八大行星围绕着太阳旋转,每一颗行星都有着独特的风貌和神秘之处。
火星上是否曾经存在过生命?那红色的表面下是否隐藏着古老文明的遗迹?金星那炽热的大气层中又有着怎样的秘密?
而太阳系之外,更是一个充满未知的广阔世界。
无数的恒星如同宇宙中的灯塔,散发着耀眼的光芒。
有些恒星比我们的太阳还要巨大,
银河系
它们的能量和生命周期又是怎样的呢?那些遥远的星系,如美丽的螺旋星系、椭圆星系和不规则星系,每一个都像是一个神秘的王国。
我们不禁要问,宇宙中到底有多少个星系?它们是如何形成和演化的?

黑洞,这个宇宙中最神秘的天体之一,更是让人充满了好奇与恐惧。
黑洞
它的引力强大到连光都无法逃脱,仿佛是宇宙中的无底深渊。
黑洞内部究竟是什么样子?时间和空间在那里会发生怎样的扭曲?科学家们一直在努力探索黑洞的奥秘,但至今仍有许多问题没有答案。
暗物质和暗能量也是宇宙中的两大谜团。
虫洞
我们知道,宇宙中的物质和能量大部分是我们无法直接观测到的暗物质和暗能量。
它们究竟是什么?它们的存在对宇宙的演化起着怎样的作用?这些问题困扰着科学家们,也激发着他们不断地进行探索和研究。
宇宙中的生命之谜也是人类一直关注的焦点。
我们是否是宇宙中唯一的智慧生命?
宇宙中是否存在其他生命
在那遥远的星球上,是否也有生命在繁衍生息?如果有,他们会是什么样子?他们的文明又会发展到何种程度?寻找地外生命的努力从未停止,从射电望远镜的监听,到太空探测器的探索,人类一直在努力寻找着宇宙中的其他生命迹象。

宇宙的起源更是一个让人着迷的未解之谜。
大爆炸理论为我们提供了一个关于宇宙诞生的框架,但仍有许多细节需要进一步研究。
在大爆炸之前,宇宙是什么样子?是什么引发了大爆炸?宇宙的未来又会走向何方?
宇宙未解之谜如同一个巨大的宝藏,等待着人类去挖掘和探索。
每一个谜团的解开,都将为我们打开一扇通往宇宙更深层次奥秘的大门。
科学家们用先进的技术和无尽的智慧,在这个神秘的宇宙中不断前行。
而我们普通人,也可以通过仰望星空,感受宇宙的壮丽和神秘,激发我们对未知的探索欲望。
探索宇宙
也许在未来的某一天,我们会解开宇宙的所有谜团,真正理解这个神奇而又神秘的宇宙。
但在那之前,宇宙未解之谜将继续吸引着我们,激励着我们不断地探索和前进。
让我们一起踏上这场充满挑战和惊喜的宇宙探索之旅,去揭开宇宙那神秘的面纱。
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