我们会经常仰望太空,以自己那双肉眼,去探寻太空之外的浩瀚奥秘。

只是我们只要一抬头,入眼的便是那轮火红的巨大星球。
长时间下来,一些人们心中,恐怕都会有一种潜意识的想法,太阳是宇宙中最大的一颗星球!再加上近年来,人们一些宇宙知识的普及,太阳是我们地球所在的太阳系中唯一的一恒星,也是太阳系中最大的一颗星球。
我们地球和太阳相比如同一个小孩子面对着一个巨人!地球的直径仅仅是太阳的百分之一,可以大约算得出,太阳的体积便是地球的一百多万倍。
但是,我们却不知道,在我们眼中那么巨大的太阳,也只是宇宙中的一颗普通的恒星而已。
在恒星如海的宇宙中,比太阳大的恒星数不胜数,比比皆是。
如,宇宙中常有的一种巨大特殊恒星,红巨星就比太阳大了不知多少。
这些红超巨星,来历也十分特殊,是宇宙中的恒星寿命走到后期,通过不断的膨胀,恒星的体积就会越来越大!那么,这么一直膨大下去,红巨星的体积到底变得有多大呢?和太阳比起来,会怎样呢?就拿科学家们发现的那个最大的红巨星UY来说,这颗由恒星变大的红巨星直径大约为23.76公里,是太阳的45亿倍之大。
这要是不够明显的话,那就用光速来举例,一道光速围绕这颗红巨星转一圈,都得需要9个多小时。
但是要知道,一束光绕太阳转一圈,仅需要14.5秒。

这么算下来,就可以知道这颗红巨星的体积到底有多大了!其实这么算下来的话,我们整个太阳系都没有这颗红巨星大!甚至,就算是我们太阳系再扩大上一倍,都还是比不上这么一颗红巨星大。
不过,虽然这颗红巨星这么大,但是由于它是由一颗恒星膨胀起来的,本身的质量并不是很大。
仅仅只是太阳质量的32倍之多。
但是,这颗红巨星的亮度却是太阳的34万倍。
那么,既然这颗红巨星的亮度这么高,大家是不是都有了一个疑惑,为什么我们在地球上看不到。
这是因为,这颗红巨星离我们太远了,想要看到它,还需要天文望远镜还行。
但是,大家可别因此而苦恼。
离得远,对于我们来说,也是一种幸运。
这颗巨大的红巨星虽然质量不怎么高,但是也是一颗比太阳高几十倍的恒星。
要是离得我们近了,我们地球的环境,会因此而受到巨大的干扰。

而且,根据科学家们的估算,这颗红巨星的寿命也不是很长久了,最多不到5000万年,这颗红巨星就会发生爆炸,然后变成一颗巨大的黑洞。
到了这里,大家会不会有种事不关己高高挂起的心里。
其实,小编想说的是,有点早了。
因为从这颗红巨星的命运来看,就可以看到我们太阳以后的未来。
太阳现在的年龄大约为50亿年,再过30多亿年,太阳也会因为寿命的到达,而慢慢的变化成为这种红巨星。
然后,这种慢慢膨胀的变化,会一直膨胀到太阳发生爆炸那一刻。
而爆炸的余波,会摧毁我们整个太阳系。
但是,也没必要担心,因为到了那些时候,我们人类的科技说不定已经发展到了一种不可想象的地步。
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