本周我们主要聊太空新闻,不过也跟平时一样,报了些地球上的本地新闻:一种新型托卡马克反应堆模式,把稳定的等离子体聚变维持了整整一分钟。全球海平面上升的一个异常现象,结果发现是因为深海升温造成的。中国研究人员报告称,他们在健康大脑和患病大脑的每个部分都发现了微塑料。
挺让人揪心的!那咱们聊聊跟太空沾边的研究:
模因的传播速度
科学中一个意想不到的融合是,人们发现信息论与热力学定律紧密相关——或者说它们本质上描述的是同一组现象。由于热力学中的熵概念被证明是系统所携带信息的一种度量,因此可以说黑洞表面携带有限数量的量子比特,这些量子比特同时以两种状态的叠加来存储量子信息。
物理学家关野安次郎(Yasuhiro Sekino)和伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)将量子信息通过此类系统的扩散称为“搅乱”(scrambling),这种过程有效地将信息分散到组成系统的每个粒子中。他们提出一个猜想:在一定温度下,量子比特系统之间共享信息最少需要多长时间,取决于量子比特的数量和系统的温度。之后的几年里,这一搅乱过程所需的时间一直没搞清楚。
2024年,马里兰大学的物理学家阿米特·维克拉姆(Amit Vikram)和维克托·加利茨基(Victor Galitski)在考虑能量-时间不确定性原理时重新考虑了这个问题。该原理认为,对量子系统能量了解得越多,对于系统变成另一种状态需要的最短时间,知道的就越少。最近,在一项新研究里,维克拉姆和加利茨基得出结论:最终熵、初始温度和搅乱给定数量量子信息单位所需的时间之间,存在明确的关系。
因此,量子信息的搅乱存在一个通用速度极限:“我们证明,这种精确依赖于熵和温度的速度极限存在于每一个量子系统中,而此前人们认为这种速度极限仅存在于每个相互作用只涉及少数粒子之间的互动的系统中,”维克拉姆说道。
重新审视SETI
我知道大家都喜欢卡尔达肖夫等级,我们都想找到超级文明恒星级别的巨型建筑的证据,并最终利用黑洞能量来驱动我们的星际引擎。但整个理论的基础是20世纪60年代关于技术进步和能源消耗的激进想法,以至于你几乎能闻到尼古拉·卡尔达肖夫办公室里缭绕的香烟烟雾。
尽管如此,卡尔达肖夫关于先进文明本质的许多观点仍然影响了地外智慧生命的搜寻,特别是他提出,来自这种文明的信号是各向同性的,所有方向强度都一样。因为任何各向同性信号都会很弱,SETI的方法主要是想办法探测那些极其微弱的信号。
但加州大学洛杉矶分校的天体物理学家本杰明·祖克曼现在提出了与这一猜想相反的观点:外星人会使用高度定向的信号,这些信号不受能源限制。因此,他认为我们应该更广泛地覆盖整个电磁波谱寻找外星通信,事实上,我们可能已经在与SETI无关的巡天观测中记录过这样的信号。
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星空移民
前段时间,地质学家推测地球核心内存在一个巨大的质量体,很可能是忒亚(Theia)的残骸——这颗火星大小的天体曾与原始地球相撞,形成了一圈环绕地球的碎片环,最终凝聚成了月球。类似地,银河系也保留着它过去吞噬掉的小星系残骸,并借此逐渐长成了现在这样。这些残骸可以根据轨道偏心率以及化学组成来区分,它们跟银河系本地原生恒星的特征不一样。这些信息有助于我们了解被吞并星系的特性。
最近的一项研究分析了20颗恒星,这些恒星被认为形成于一个名为洛基(Loki)的矮星系,该星系在银河系年轻时与其合并。这些特定恒星金属含量很低,但它们缺金属的方式跟银河系晕中其他贫金属恒星不一样。贫金属恒星的重元素含量相对较低。该研究中的20颗恒星位于银河系的银盘内。
研究人员将其化学丰度与银晕恒星、矮星系及模拟出的恒星群体进行了比较。他们发现了化学痕迹,显示这些恒星曾经被高能超新星、快速旋转的大质量恒星以及中子星并合产生的物质“喂养”过。由于没有发现白矮星爆发的证据,研究人员提出它们起源于一个存在时间短、能量高的矮星系。
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