宇宙起源于黑洞

1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”,一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家惠勒命名为“黑洞”。

电影中的黑洞

随着天文观测的数据越来越多,黑洞存在的证据也越来越多。2019年,在多国科学家协力合作下,人类拍摄了首张黑洞照片,该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。时至今日,黑洞已经不仅仅是理论上的东西,而是被证实了的东西。

人类拍摄的第一张黑洞照片

现代物理学认为,宇宙有一个起点,时间和空间都是在一个奇点的爆发中创造出来的。这一理论被称为宇宙大爆炸理论。宇宙大爆炸理论非常符合当代天文观测,因此被广为接受。

宇宙起源于一个点

把整个宇宙的物质塞进一个点,那不就是一个超级大黑洞吗?

物理学的对称性告诉我们,过去和现在都受到同一套自然规律支配着。今天起作用的自然规律,在过去也是一样有效,并且将来还会有效。因此,我们才能推测遥远的过去曾经有过什么,也能对未来加以预测。如果宇宙之初也遵守今天的物理定律,那么,宇宙之初,大量物质聚集在一个奇点,就应该是一个超级大黑洞。

那么问题来了:这个超级大黑洞是如何孕育出我们这个宇宙的呢?

在黑洞理论形成的初期,人们以为黑洞不会放出任何东西。然而,霍金证明,由于量子涨落,黑洞会放出辐射。这种辐射现在被人们称为霍金辐射。

霍金墓碑上的公式

霍金墓碑上刻着黑洞温度公式,公式左边即黑洞温度T,右边的h为普朗克常数,c为光速,π是圆周率,k是玻尔兹曼常数,G为引力常数,M是质量。

从霍金辐射公式可以看出,黑洞的辐射只与其质量有关,且与质量成反比。质量越大,黑洞的温度越低,其能放出的辐射越少。我们还能从该公式看出,黑洞是一个负比热系统。黑洞吸收的热量越多,其温度就越低,放出的热量越少。其实这很容易理解:热是微观粒子的运动,黑洞吸收物质(能量)会让自己变重,越重自然运动得越慢,因此温度也就越低。反过来,假设黑洞放出的热量,那么黑洞就会越来越热,越热就越倾向于放热,最后会爆发消失!

黑洞是吸热还是放热,取决于视界内外的热平衡情况。热量始终是从温度高的地方流向温度低的地方。若是视界外温度高,则黑洞吸热,反之,黑洞放热。因为黑洞特殊的负比热特性,其吸热时会变冷,放热时会变热,因此,一般情况下吸热的黑洞就会一直吸热,而放热的黑洞则可以持续放热。

黑洞越小,温度越高。假设将一辆1000吨的火车压缩成一个黑洞,其温度高达7.7×1017K,如此高温的黑洞,必然会迅速放热而爆发消失。鉴于小黑洞一旦形成就会爆发消失,所以太小的黑洞并不能稳定存在。因此,稳定存在的黑洞必须拥有巨大的质量。

1936年﹐奥本海默等证明存在一个临界质量,一颗热核能源耗尽的星体﹐如果质量大于这个临界质量﹐就不可能成为稳定的中子星,它很可能坍缩形成黑洞,这个临界质量被称为奥本海默极限。也就是说,如果是恒星死亡后诞生的黑洞的话,其形成的条件需要恒星达到某个临界质量。

人类实际能在宇宙中探测到的黑洞,质量一般很大,因此,它们的温度都是极低的。假设一颗星核质量为三倍太阳质量的恒星塌陷为黑洞,其温度约为1.3×10`-7K。如此低温的黑洞,必然能从宇宙中吸收热量而不断变大。

按照黑洞理论,诞生宇宙的奇点拥有极大的质量,必然意味着其温度极低。许多书籍介绍大爆炸时认为,诞生宇宙的奇点温度极高,这是错误的。宇宙诞生之初,一定极冷!

在现在的宇宙中,黑洞一旦形成,就开始不断吞噬宇宙中的能量,然后变得越来越冷。这个过程没有什么力量能够阻止,黑洞不断成长,互相兼并,长此以往,宇宙间的一切物质,最终都将掉入黑洞。因此,宇宙会越来越冷。直到有一天,整个宇宙归于一个黑洞!

但黑洞不是宇宙的终点。黑洞并不会在极冷的热平衡中永恒死寂,因为量子涨落的随机性让黑洞无法实现完全的热平衡。

当周围的能量都流进黑洞,视界外的温度越来越低,越来越接近绝度零度,到最后,黑洞几乎无法在从周围获取能量,这时,只要一次量子涨落,至今为止一直吸热的黑洞,就有可能转变为放热的黑洞。也就是说,当黑洞从外界获得能量(物质)的概率过小时,黑洞的状态会由吸热过程转变为放热过程!应验了那句古语:物极必反!

由于黑洞特殊的负比热特性,一旦开始放热,黑洞就会越来越热,这个过程将以不可逆转之势持续下去,越放热,黑洞就越热,越热也就越能放热!起初很慢,然后越来越快,到最后,黑洞会彻底爆发,直至消失!

发现了吗?这就是我们的宇宙大爆炸!

所以,我们这个膨胀的宇宙就是一个超级大黑洞逆转爆发而产生的。这个超级黑洞的爆发,诞生了我们这个膨胀的宇宙。根本不需要莫名其妙的暴胀理论。

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