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遨游星空、穿越黑洞、登陆火星……来成都自然博物馆沉浸式“探索”宇宙

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-07-30

封面新闻记者 李雨心

“现在是2046年,我们将乘坐火神号载人火箭,从地球出发,飞往火星。

作为发射任务的成员之一,你正处于发射现场,马上要乘坐未来火箭,沉浸式经历一次真实的火箭发射过程。

快跟上,别掉队了……”

9月5日,来到成都自然博物馆(成都理工大学博物馆)二楼宽阔的展厅中,会发现不少大人和孩子戴着XR眼镜,一边小心地移动着步伐,一边扭动着头部似乎在观察着什么。

原来,透过佩戴的XR眼镜,他们正穿梭在浩瀚无垠的宇宙中,在中国古代神话中火神祝融的带领下,与木星擦肩而过,行走在土星的光环中。

这,就是正在馆中与观众见面的“宇宙猜想·启程——大型宇宙探索VR沉浸体验剧场”。

虚拟空间中的场景

利用空间计算与建模技术

1:1真实还原太阳系行星

瞬移亿万光年,满眼星辰璀璨。

当戴上XR眼镜,背上主机背包的一刻起,观众就迈入了一场太空之旅,通过现代的科技手段,得以在宇宙星河中自由穿越,游历各大行星,前往人类未曾踏足的地方,感受宇宙生命的力量,目睹宇宙中的自然景观,并见证宇宙星辰的变化莫测。

“此次‘宇宙猜想·启程’活动,是我们自然馆引进的第一个VR虚拟展。

”采访中,成都自然博物馆(成都理工大学博物馆)副馆长周磊,谈到了此次活动展开的契机。

“我们馆作为一座自然类博物馆,向观众讲述的就是探索地球奥秘,认识地球家园的故事。

而我们是地球的一分子,地球是太阳系的一分子,太阳系更是宇宙的一分子。

所以引进此次活动,就是希望观众从真实的地球,走到我们还没有认知到的宇宙中去,对地球在宇宙中所处的位置有更清晰的了解。

”

成都自然博物馆(成都理工大学博物馆)副馆长周磊

据现场介绍,本次体验剧场运用了全球最先进的LBE(Location-Based Entertainment)空间技术,通过XR眼镜与物理空间的完美融合。

同时,利用空间计算与建模技术,实现了太阳系行星1:1的真实还原,更精心设计了12大星际空间场景,让观众仿佛穿越了时空的界限,可以探索那些遥远而神秘的星际秘境。

“我们体验中的场景,都是运用前沿的建模技术,一个个搭建出来的,包括宇宙中的黑洞、银河、星云等等。

”现场,馆中的技术支持人员方浚丞向记者说道。

“在搭建的虚拟空间场景中,很多观众对黑洞的印象很深刻,在体验后表示感到了震撼。

”

观众在感受VR沉浸体验展

祝融、太阳神鸟、飞天壁画……

体会中式宇宙观独有的浪漫

在虚拟的世界中,随着火箭逐渐远离地球,体验者们开始穿越星河,每一颗行星、每一片星云都如此逼真,仿佛触手可及。

观众可以在短短30分钟内,体验到了亿万光年的宇宙变迁,感受到了宇宙生命的无穷魅力。

而在这个空间中,他们还将邂逅中国古代神话中的火神——祝融,在她的带领下穿越古今,感受中国人对宇宙的不懈追求与独特宇宙观。

此外,太阳神鸟、飞天壁画等传统文化元素的出现,更让人体会到中式宇宙观独有的浪漫。

观众在感受VR沉浸体验展

“把传统文化的元素,通过新科技的手段融入,再与自然和宇宙的主题结合,这是我们之前也在不断尝试的方向。

”周磊这样说道。

如今,通过高科技数字手段丰富观展体验,已经成为不少博物馆竞相追逐的赛道。

虚拟现实(VR)体验、数字化展示、大屏幕交互……当科技与艺术碰撞,助力让博物馆中的展品“活过来”“动起来”。

“这次的活动,是我们馆利用科技手段、进行科技展示所迈出的第一步。

我们也在谋划把馆中的基本陈列与科技手段进行更多结合。

”周磊还谈道,也许在今年年底或者明年的年初,就能在成都自然博物馆(成都理工大学博物馆)的基本陈列中,体验到更多的科技手段。

本文图据成都自然博物馆(成都理工大学博物馆)

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

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