首页 > 自然

宇宙十大令人绝望的真相:外表骇人的宇宙蜘蛛内心温柔充实确有无疆母爱

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-08-31

这是狼蛛座恒星最新的图像,通常被称为狼蛛星云。

图像显示了星云外表薄薄的 蜘蛛网 ,展现了引力与释放的巨大能量之间的 争霸战 。

狼蛛星云的存在帮助天文学家了解恒星如何塑造它们的出生地,并保持在分子云中爆发的原因。

狼蛛座恒星最新的图像这张来自17000光年外狼蛛星云的高分辨率图像是通过ALMA数据合成的。

位于麦哲伦星云,作为银河系的卫星,狼蛛星云被称为 银河系后院 。

它是我们能见到的最明亮的恒星形成系统之一,也是最活跃的之一,其恒星的质量有时能超过太阳150倍。

也就是说,在这巨大的麦哲伦星云的中心,坐落着一个 恒星托儿所 。

在那里,孕育了近800,000颗恒星 其中有50多万颗都是高温,年轻,巨大的恒星。

这些年轻恒星成为了研究者们研究恒星数据的首要目标,展现了令人振奋的前景。

狼蛛星云的独特之处在于距离我们很近,使我们能够研究恒星形成的原理,其提供的价值类似于我们接触过的一些距离很近的古老恒星。

欧洲航天局的科学家、杜多第马奇,以其在欧洲航天局的工作及相关报纸上的合著而闻名。

他指出,多亏狼蛛星云,我们得以了解100多亿年前的恒星形成情况,当时大多数恒星还处于婴儿期。

创造大质量恒星的持久战研究者们发现,宇宙中的 推力 和 拉力 源于大量恒星的引力作用。

过去的气体星云被撕裂成链状碎片,展示了早期恒星形成过程的相关数据,以及后来这些作用试图将物质重新融合以创造新恒星的证据。

伊利诺伊大学天文系教授王托尼在欧南天文台新闻发布会上表示: 这些碎片很可能是被新生恒星释放的巨大能量从星云中撕裂而出的,我们通常称这一过程为宇宙回馈。

以上发现表明,尽管恒星释放物质持续进行,但重力仍在塑造狼蛛星云 这位于离我们17万光年的地方,在银河系旁边,引领周围巨大恒星形态的变化。

这一结论推翻了人们对古时这些巨大恒星如何改变形态的想法。

根据我们的研究结果,我们可以猜测 王托尼说。

就算是在这种强烈恒星物质回馈下。

引力依然可以产生巨大作用,使恒星持续演变。

观测到狼蛛星云交结成块考虑到狼蛛星云的价值,深入研究并不奇怪。

与以往不同的是,过去的研究大多集中在星云中心,因为那里是恒星密度最高、变化最快的地方。

然而,科学家意识到恒星不仅在中心形成,还在星云的其他区域。

幸运的是,科学家们收集了大量狼蛛星云不同区域的高分辨率图像,而非只关注中心。

通过这种全面的方式,他们将星云分成块状,揭示了令人惊讶的模式。

王托尼在国立天文台的新闻发言中表示: 我们之前认为星际气体云呈蓬松或圆形,但现在越来越清楚,它们实际上是锥状或条状。

当我们将星际云分成小簇观测质量时,发现密度最大的簇位置并非随机,而是高度组织在碎片位置周围。

科学家利用狼蛛星云从坍缩的旧恒星形成的星际云中吸取物质的原理,通过被星际云中一氧化碳吸收的光波对星际云进行了定位。

此外,他们还发现了年轻恒星释放巨大能量时星际云的变化过程。

这个团队的发现为科学家们关于引力如何影响恒星形成区域带来了启示,并且该研究一直在取得进展。

对于这一庞大而壮观的数据库,我们还有很多工作要做。

我们正在将其公开,以激励其他研究者进行新的研究。

王托尼最后总结道。

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