在浩瀚无垠的宇宙中，黑洞，这一神秘而强大的天体，始终吸引着天文学家的目光。

从它们被首次理论预测到如今频繁成为科学研究的焦点，黑洞不仅挑战着我们对物理学的认知边界，也引领我们向宇宙的最深处进发。

近期，关于黑洞的一系列重大发现，尤其是关于其苏醒、成长以及最遥远黑洞的观测，再次激起了公众对宇宙的好奇与探索欲。

本文将从这些发现入手，探讨黑洞的奥秘以及它们对宇宙演化的影响。

黑洞的苏醒：宇宙中的巨兽醒来

欧洲南方天文台和智利千禧天体物理研究所的天文学家宣布，他们可能首次观测到了星系中心超大质量黑洞的苏醒过程。

这一发现不仅证实了黑洞并非永恒沉寂，而是会在特定条件下从休眠状态转变为活跃状态，更让我们得以窥见宇宙深处那些隐藏已久的能量释放过程。

位于处女座上椭圆星系中心的这个超大质量黑洞，其质量相当于100万个太阳，此前几十年一直处于休眠状态，但自2019年12月起，它突然变得异常活跃。

这一转变的原因尚不完全清楚，但很可能与周围星际物质的动态变化有关。

当足够多的气体和尘埃被黑洞引力捕获并加速落向黑洞时，会形成吸积盘，释放出巨大的能量，表现为黑洞的“苏醒”。

这一现象不仅丰富了我们对黑洞行为模式的理解，也暗示了宇宙中可能存在着众多类似的“沉睡巨兽”，它们在合适的时机醒来，对周围环境产生深远影响。

正如加利福尼亚理工学院的天文学研究教授马修·格雷汉姆所言，这个黑洞的苏醒或许只是宇宙中无数类似事件的冰山一角，我们只是幸运地捕捉到了这一瞬间。

黑洞的快速成长：宇宙中的“吃货”

与此同时，澳大利亚国立大学研究团队宣布发现了迄今已知成长最快的黑洞，这一发现进一步挑战了我们对黑洞成长速度的认知极限。

这个位于类星体J0529-4351中心的黑洞，每天吞噬的物质质量相当于一个太阳，其质量更是高达太阳的170亿倍。

如此惊人的吞噬速度不仅意味着黑洞释放出巨大的光和热，使其所在的类星体成为宇宙中最明亮的天体之一，也揭示了黑洞在宇宙物质循环和星系演化中的重要作用。

黑洞的快速成长通常发生在其周围存在大量星际物质的时期，这些物质被黑洞强大的引力捕获并加速落向黑洞，形成了壮观的吸积盘和喷流现象。

值得注意的是，这个黑洞的发现也提醒我们，宇宙中可能还隐藏着更多类似的快速成长黑洞，它们正以惊人的速度吞噬着周围的物质，不断壮大自己，同时也塑造着周围的星系环境。

最遥远的黑洞：宇宙初期的见证者

美国科学家宣布发现的迄今为止最遥远的黑洞，距离地球约132亿光年，为我们揭开了宇宙形成初期的神秘面纱。

这个位于UHZ1星系中的黑洞，诞生于宇宙大爆炸后仅4.7亿年，是迄今为止利用X射线发现的最遥远的黑洞。

这一发现不仅将我们对黑洞和星系形成的研究推向了宇宙的早期阶段，也为我们理解宇宙的早期演化提供了宝贵的线索。

这个黑洞的巨大质量以及其与周围星系质量的比例，支持了天文学家关于宇宙初期大型黑洞形成机制的假设，即巨大的星云坍缩可以形成大型黑洞。

此外，该黑洞的发现还依赖于先进的观测技术和引力透镜效应的运用。

引力透镜效应使得遥远星系的光线被近处星系放大，从而增强了我们对这些遥远天体的观测能力。

这一技术的应用不仅拓宽了我们的观测视野，也为我们探索宇宙深处提供了新的途径。

黑洞：宇宙中的时空扭曲者

黑洞作为宇宙中最强大的引力源之一，其对时空的扭曲能力令人叹为观止。

根据爱因斯坦的广义相对论，黑洞中心存在一个“奇点”，那里的时空曲率达到无穷大，光线也无法逃脱。

这一特性使得黑洞成为宇宙中最神秘、最难以捉摸的天体之一。

然而，正是这种对时空的极端扭曲，让我们有机会通过观测黑洞周围的物质和光线来间接了解黑洞的性质和行为。

例如，通过观测黑洞吸积盘和喷流的光谱特征，我们可以推断出黑洞的质量、自转速度以及周围环境的物理状态。

此外，通过引力透镜效应和宇宙微波背景辐射的观测，我们还可以探索黑洞对宇宙大尺度结构的影响。

结语：宇宙探索的无限可能

黑洞的发现和研究不仅深化了我们对宇宙的认识，也为我们揭示了宇宙演化的诸多奥秘。

从黑洞的苏醒到快速成长，再到最遥远黑洞的观测，每一步都充满了挑战和惊喜。

随着科学技术的不断进步和观测手段的不断完善，我们有理由相信，在未来的日子里，我们将能够揭开更多关于黑洞和宇宙的未解之谜。

在这个充满未知和奇迹的宇宙中，黑洞无疑是最引人注目的存在之一。

它们以独特的方式展现着宇宙的壮丽与深邃，引领着我们向更加广阔的宇宙深处进发。

让我们保持对宇宙的好奇与敬畏之心，继续探索这个充满无限可能的宇宙世界。

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