一项引人深思的科学理论正逐渐进入公众视野:我们所居住的宇宙,或许正是一个庞大黑洞体系的一部分。数十年来,科学家们在宇宙探索的道路上不懈努力,构建了多种宇宙理论模型,其中黑洞模型尤为引人注目。
那么,我们如何能够确信宇宙本身就是一个超级巨大的黑洞呢?首先,让我们简要回顾一下黑洞的基础知识。黑洞通常被认为是大质量恒星在其生命周期的末期,不断向内坍缩所形成的一种天体。它由中心的奇点和环绕其周围的事件视界组成,我们通常所说的黑洞大小,其实是指事件视界的直径。
事件视界到奇点的距离,被称为史瓦西半径。理论上,任何物质都有自己的史瓦西半径,因为任何物质在理论上都有可能被压缩成黑洞。如果一个物体能够以光速移动,它刚好能在黑洞的事件视界上环绕黑洞运行,但若想逃离黑洞,则必须以超过光速的速度移动,这在现实中是不可能的。因此,一旦任何物体靠近事件视界,就注定要被黑洞吞噬。
计算黑洞史瓦西半径的公式表明,史瓦西半径与光速的平方成反比,与物体的质量成正比。接下来,我们来探讨为何宇宙被认为是一个超级黑洞,或者为何说宇宙位于一个黑洞的内部。宇宙正在不断膨胀,且膨胀速度远超光速,这一现象背后的原因令人费解。
简单来说,宇宙的膨胀意味着宇宙中的每个点都在相互远离。就像图像中的猫、老鼠和狗,它们之间的距离由于空间的膨胀而不断增加。宇宙的膨胀同样会产生叠加效应,两个相距较远的物体,它们之间的距离增加得越多。远离地球的天体,其逃逸速度会更快。对于足够远离地球的天体,它们的逃逸速度很容易达到或超过光速,这个距离被称为“哈勃半径”。超过这个半径的天体,其逃逸速度就已超越了光速。然而,这种超光速现象并不违反相对论,因为本质上是空间在移动。
根据黑洞宇宙模型,哈勃半径实际上就是宇宙的史瓦西半径。通过史瓦西半径的公式计算出来的宇宙的史瓦西半径,与哈勃半径非常接近。考虑到宇宙的巨大尺度,计算中难免存在误差,因此我们有理由认为,宇宙的哈勃半径与史瓦西半径是等价的。如果这两个半径相等,那么就意味着我们所处的宇宙实质上是一个巨大的黑洞,一个超级黑洞。
在我们的认知中,黑洞是高度致密的天体。然而,我们所见的宇宙空间密度实际上非常低。科学家计算出,在宇宙中,平均而言,像地球这么大的空间范围内的质量,仅相当于一粒沙子的重量!这表明了我们宇宙的密度是多么的低。然而,低密度如何能形成超级黑洞呢?史瓦西半径的计算公式揭示了一个关键信息:史瓦西半径与物体的质量成正比,但物体的半径与质量的立方根成正比。这意味着,物体质量增加的速度,远远赶不上史瓦西半径的增长速度。对于质量极大的物体,其史瓦西半径有可能超过其自身尺寸。
如果我们真的生活在一个超级黑洞中,为什么我们能安然无恙地生活呢?传统观点认为,任何物体一旦落入黑洞,都将被彻底撕裂。但科学家们提出了其他黑洞结构理论。由于黑洞巨大的引力作用,它会强烈地拉扯周围的时空,使得时空结构极度弯曲,形成一个封闭的时空,与外界时空完全隔绝。在这样一个封闭的时空里,黑洞中的物体并不会被撕裂,而是基本均匀分布,形成一个非常稳定的内部结构,而不是坍缩为体积无限小的奇点。
这种黑洞宇宙实际上非常稳定,是一个静态的宇宙。如果黑洞宇宙不断摄入外部物质,其质量会增加,体积会膨胀。从宇宙内部看,这表现为宇宙空间的持续膨胀。对于质量较小的黑洞,由于它造成的时空曲率很大,所以摄入的物体会被撕裂。而对于大质量黑洞,例如星系中心的超大质量黑洞,就不会出现这种情况,它们也被称为“温柔黑洞”,落入其中的物体可以毫发无伤地穿越事件视界,进入黑洞,仿佛到达了另一个宇宙。黑洞宇宙模型还展示了一个多层次的宇宙结构观点,认为我们的宇宙只是更大宇宙中的一部分,也称为“母宇宙”,其中还包含其他众多宇宙。与此同时,我们的宇宙也包含许多“子宇宙”,例如超大质量黑洞。