有3点原因，使得黑洞成为宇宙中最为恐怖的东西

如果说宇宙中有什么东西最可怕，那么一定是黑洞。

黑洞的引力由于太过强大，以至于一旦进入到了黑洞的引力范围内，任何东西都无法逃脱它。

如果你问一位天文学家，宇宙中什么东西是最可怕的，那么他的回答也一定是：黑洞。

之所以天文科学家也会这么认为，主要是因为有3点原因，使得黑洞成为宇宙中最为恐怖的东西。

如果你不小心掉到了星星死亡后留下的黑洞里，那么你立刻就会被黑洞强大的引力撕碎，并且宇宙中任何的黑洞都有着贪得无厌的胃口，他们会一直吃下去，直到吞噬所有物质。

目前科学家研究超大质量黑洞已经有30年的时间了，在这30年间，我们人类已经对黑洞有着不少的了解，但面对黑洞时，更多的仍然是谜团。

目前，关于黑洞的各种疑惑，我们人类也仍然有许多无法回答的问题。

致命黑洞

黑洞是如何形成的？答案是：会在大质量星球死亡时形成。

当星球的能源耗尽后，它的核心会塌缩，核心的密度会变得特别巨大，究竟有多大呢？会比原子核的密度还大100倍。

而正是因为星球核心的密度如此之大，会导致质子、中子、电子都不再是离散的粒子了，这时候，黑洞就会从行星的内核中诞生。

第一个被人类证实的黑洞叫做天鹅座X-1，而目前，通过科学家的研究，我们发现，我们银河系当中预计有1000万个黑洞，散布在银河系中的任何地方。

饥饿的野兽

在过去的30年间，哈勃太空望远镜的数据表明，所有的星系中心都有黑洞，往往更大的星系中心，有着更大的黑洞。

比我们银河系大很多倍的星系，往往中心的黑洞也比我们银河系中心的黑洞大很多倍，究竟有多大呢？就拿我们太阳系当中的太阳大小举例吧，其他星系的黑洞，大一些的会比我们的太阳大数百亿倍，如果举一个现实当中的例子，我们银河系中心的黑洞，如果和其他星系中比较大的黑洞对比，就相当于一个乒乓球和一座城市的对比，这个比例是相当夸张的。

就在去年，天文学家发布了有史以来第一张黑洞的照片，这是一个比太阳大70亿倍的黑洞，位于M87星系的中心。

这颗黑洞的发现，使科学家团队获得了今年的诺贝尔奖。

如果拿这颗黑洞和我们银河系中心的黑洞对比，那么大概有我们银河系中心黑洞的1000倍大小。

超高的能量

从我们人类目前所发现的黑洞来看，黑洞是完全黑暗的，这是因为就连光也无法逃脱黑洞的引力。

当黑洞吞噬附近的恒星时，黑洞就会爆发出非常强烈的活动，并释放出来超高的能量，使得黑洞变得特别危险。

如果靠得太近，黑洞就会把你吸进去，而如果恰好黑洞属于活跃时期，那么你很有可能会被黑洞的高能辐射炸飞。

而当你在黑洞附近时，会看到黑洞不再是黑暗的，它会变得巨亮无比，究竟会有多亮？举个例子，如果把太阳辐射的光比作一个电灯泡，那么黑洞的亮度能够达到整个城市所有的灯加在一起的亮度。

奇怪的"超大质量"黑洞

目前为止，人类发现的最大黑洞，是太阳质量的400亿倍，也就是整个太阳系大小的20倍。

而这颗黑洞和其他行星一样，也在进行自转，只不过它的外缘是以光速的一半的速度进行移动的，而如此高的速度，它自转一圈也需要3个月的时间。

然而，我们人类目前也无法了解黑洞内部的情况，因为黑洞的内部，物理定律被彻底打破了，黑洞的内部不存在"时间"这个概念，时间在事件视界处冻结，引力也在奇点出变得无穷大。

这使得研究黑洞这件事，令我们人类感到非常棘手，也许我们再过很多年的时间，也无法清楚黑洞的内部究竟是怎样的。

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