Question

宇宙起源于黑洞

Answer 1

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”。

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。

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。

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。