前言
小時(shí)候看的科普讀物中，基本都會(huì)很篤定地說(shuō)宇宙源自于一場(chǎng)大爆炸。很多人看到這個(gè)結(jié)論，都會(huì)感到有一些困惑，如果宇宙是爆炸而來(lái)的，那么為何這個(gè)世界沒(méi)有因?yàn)楸ǘ粴缒?？反而是爆炸之后，無(wú)數(shù)的星球誕生，甚至地球上還出現(xiàn)了我們這樣的生命體。
而且如果是爆炸的話，這個(gè)能炸成整個(gè)宇宙的炸彈有多大呢？在炸彈之外有什么？看到這里，大家應(yīng)該能夠意識(shí)到，僅僅用一句宇宙起源于大爆炸，是無(wú)法讓大多數(shù)人信服的。
當(dāng)然在科學(xué)界，關(guān)于宇宙起源的理論會(huì)更加復(fù)雜，但是再?gòu)?fù)雜的理論，也無(wú)法篤定地說(shuō)一定正確。直到現(xiàn)在，依舊是沒(méi)有任何理論可以準(zhǔn)確描述宇宙的起源過(guò)程。
而在2020年的諾貝爾獎(jiǎng)得主名單中，時(shí)年89歲的彭羅斯卻可能找到了另一個(gè)探索角度，他最初提出黑洞理論，并且完善了黑洞的屬性，直到2019年人類(lèi)的第一次觀測(cè)到黑洞的存在，證實(shí)了他的理論。
黑洞真實(shí)存在于宇宙間，這個(gè)觀測(cè)結(jié)果很有可能會(huì)改寫(xiě)宇宙起源方式。
發(fā)現(xiàn)黑洞的意義
最初認(rèn)為黑洞有可能存在的人是18世紀(jì)的約翰·米歇爾和皮耶·西蒙·拉普拉斯，他們認(rèn)為宇宙中可能會(huì)存在一個(gè)重力大到光線也無(wú)法逃離的天體，它在宇宙中會(huì)變成隱身狀態(tài)。因?yàn)槿魏喂饩€都無(wú)法逃離這個(gè)天體，所以自然也無(wú)法發(fā)射出光線讓人觀測(cè)到它的存在。
黑洞這個(gè)概念從出現(xiàn)開(kāi)始，就得到大多科學(xué)家的贊成。我們知道，每個(gè)星球和星系都有其逃逸速度，比如脫離地球大氣層前往近地軌道就要達(dá)到第一宇宙速度每秒7.9公里，就可以保證飛船一直圍繞著地球公轉(zhuǎn)而不會(huì)掉落到地面上。
完全擺脫地球的引力則需要達(dá)到第二宇宙速度11.2公里每秒，最后就是要擺脫太陽(yáng)系引力的話，則需要達(dá)到第三宇宙速度16.7公里每秒。
我們可以看到，第一二三宇宙速度是遞增的，我們要擺脫的重力分別不同了，地球環(huán)繞速度、地球逃逸速度、太陽(yáng)逃逸速度。
太陽(yáng)的重力明顯大于地球，之所以逃逸速度并沒(méi)有高太多，主要是因?yàn)榈厍蚓嚯x太陽(yáng)已經(jīng)有一定的距離了，如果我們要從太陽(yáng)表面開(kāi)始逃逸，那么我們需要達(dá)到更快的瞬時(shí)速度才有可能離開(kāi)。
宇宙天體的重力主要由天體的質(zhì)量所決定的，質(zhì)量越高的天體能產(chǎn)生越大的重力。一開(kāi)始17世紀(jì)的牛頓等科學(xué)家觀測(cè)到天體之間有相互作用的引力，但他們無(wú)法解釋這種引力是如何產(chǎn)生的，所以只能簡(jiǎn)單地將其定義為萬(wàn)有引力。
在之后很長(zhǎng)一段時(shí)間中，人們都認(rèn)為這個(gè)世界上所有的物體都一定會(huì)相互之間產(chǎn)生吸引力，但是直到伯恩哈德·黎曼和愛(ài)因斯坦的出現(xiàn)，這個(gè)觀念才得到推翻。
黎曼從數(shù)學(xué)的角度開(kāi)展研究空間的屬性，他認(rèn)為在物理世界中不一定絕對(duì)是三維的，他覺(jué)得宇宙中兩點(diǎn)之間最短的距離很可能不是直線，在黎曼幾何中，世界上不存在任何兩根線是絕對(duì)平行的，因?yàn)樵谒x的幾何匯中，空間是扭曲的，所有的直線最終都會(huì)相交。
愛(ài)因斯坦受到黎曼幾何的影響，所以在他的相對(duì)論中，空間被定義為可以扭曲的。在廣義相對(duì)論中，空間其實(shí)更像一個(gè)被繃直的保鮮膜，將任何物質(zhì)放上去，都會(huì)讓這張保鮮膜在一定程度上凹陷下去。
我們知道，保鮮膜凹陷后會(huì)形成一個(gè)小窩，這時(shí)如果再放入其他物質(zhì)，必然會(huì)往小窩的深處掉落，除非這個(gè)物質(zhì)比小窩深處的物質(zhì)質(zhì)量更重，能夠制作出一個(gè)更加深的凹陷。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，地球、太陽(yáng)、甚至黑洞都因?yàn)槠鋸?qiáng)大的質(zhì)量，將空間壓得彎曲變形了，在變形的空間中，要想逃離就必須要有一定的速度才能離開(kāi)。如果不逃離，那么就像一顆掉進(jìn)漏斗的玻璃球一樣，圍繞著漏斗的斜壁旋轉(zhuǎn)，但又無(wú)法離開(kāi)這個(gè)漏斗，旋轉(zhuǎn)到最后，還是會(huì)被中心的高質(zhì)量天體所捕捉。
按照這個(gè)理論，物質(zhì)的質(zhì)量越大，空間的凹陷就越明顯，所以當(dāng)黑洞的概念被提出來(lái)時(shí)，科學(xué)家們就一致認(rèn)為，這將是所有天體的終點(diǎn)。因?yàn)槿绻粋€(gè)物體的重力已經(jīng)大得讓光都無(wú)法逃脫，那么這將變成一個(gè)只進(jìn)不出的天體，而且由于其強(qiáng)大的重力，所有的物質(zhì)在進(jìn)入黑洞后，都會(huì)被壓成一個(gè)點(diǎn)，這就是傳說(shuō)中的奇點(diǎn)。
在愛(ài)因斯坦之前，羅杰·彭羅斯就已經(jīng)計(jì)算出黑洞的存在方式和相關(guān)數(shù)據(jù)，但是受限于當(dāng)時(shí)人類(lèi)的觀測(cè)能力不足，一直都無(wú)法找到黑洞真實(shí)存在的證據(jù)。
但由于彭羅斯的計(jì)算和理論都是十分完善，所以科學(xué)家們一直都沒(méi)有因?yàn)橛^測(cè)不到就否認(rèn)黑洞的存在。
全球三十多個(gè)天文研究單位聯(lián)合在一起組成一個(gè)超級(jí)團(tuán)隊(duì)，他們的任務(wù)就是將黑洞拍攝出來(lái)。直到2019年4月，這個(gè)團(tuán)隊(duì)完成使命，成功將黑洞拍攝下來(lái)，證實(shí)了黑洞是確實(shí)存在的。
得到證據(jù)的支持，時(shí)年89歲的羅杰·彭羅斯也因此得到諾貝爾物理獎(jiǎng)。
黑洞與宇宙起源
黑洞是確實(shí)存在的，在大家對(duì)黑洞這個(gè)詞習(xí)以為常幾十年之后，人類(lèi)才第一次拿出黑洞存在的證據(jù)。
那么黑洞與宇宙起源的關(guān)系又是怎么樣的呢？如果我們能夠正確認(rèn)識(shí)黑洞，最終我們就能真正明白宇宙的誕生可能性。
首先黑洞是一個(gè)擁有超高質(zhì)量的奇點(diǎn)，一般像太陽(yáng)這樣的恒星，會(huì)隨著時(shí)間的流逝，將大多數(shù)氫氦元素聚變成比鐵元素還重的元素，聚變結(jié)束后，恒星基本質(zhì)量不變大小卻發(fā)生變化，這就會(huì)導(dǎo)致恒星坍塌成密度極大的白矮星或者中子星。然后中子星繼續(xù)坍塌，變成一個(gè)黑洞。
科學(xué)家們經(jīng)過(guò)計(jì)算，認(rèn)為如果太陽(yáng)坍塌成黑洞的話，這個(gè)黑洞的直徑則應(yīng)該有1.2到3公里左右。
這時(shí)就會(huì)有人問(wèn)了，黑洞不是說(shuō)好只有一個(gè)點(diǎn)嗎，為何還會(huì)有大小和直徑？這是因?yàn)榭茖W(xué)家們無(wú)法真正觀測(cè)到黑洞的存在。
實(shí)際上黑洞除了奇點(diǎn)，還有一個(gè)神奇的屬性，那就是“事件視界”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所有的黑洞都具備一個(gè)特點(diǎn)，任何靠近黑洞的物質(zhì)都會(huì)被超強(qiáng)的引力吞噬進(jìn)黑洞中心的奇點(diǎn)處。而光也屬于一種物質(zhì)，所以光也無(wú)法逃脫黑洞重力的捕捉。
這個(gè)事件視界就是黑洞能夠捕捉光線的邊界點(diǎn)，大多數(shù)物質(zhì)在遠(yuǎn)離事件視界的時(shí)候雖然同樣會(huì)受到黑洞引力的影響，但是只要能夠達(dá)到一定的速度，還是有機(jī)會(huì)從逃離黑洞的捕捉。
但是任何物體一旦進(jìn)入事件視界，除非能夠擁有超光速，不然絕對(duì)無(wú)法逃離黑洞的捕捉。而在相對(duì)論中已經(jīng)分析得很清楚了，目前任何擁有質(zhì)量的物質(zhì)都是沒(méi)辦法達(dá)到光速的，更別提超光速了。
更為恐怖的是，黑洞的質(zhì)量不僅僅影響了空間的扭曲，它還讓周?chē)鷷r(shí)間的流速明顯減慢。掉進(jìn)黑洞事件視界后，在黑洞外如果能看到內(nèi)部，將會(huì)看到一個(gè)完全靜止的人，在進(jìn)入黑洞的那一刻，你的時(shí)間就相對(duì)于宇宙靜止了。
也許要一直到宇宙毀滅，事件視界中靜止的你才會(huì)繼續(xù)動(dòng)起來(lái)。所以如果人類(lèi)進(jìn)入黑洞后還能保留意識(shí)的話，那么他將直接目睹到宇宙的結(jié)局，在結(jié)局之后，就是宇宙的新起源。
黑洞的事件視界與奇點(diǎn)的質(zhì)量有直接關(guān)聯(lián)，質(zhì)量越大引力越大，引力越大事件視界越大。所以我們可以直接得出結(jié)論，黑洞會(huì)隨著時(shí)間的流逝，吸收越來(lái)越多的物質(zhì)進(jìn)到奇點(diǎn)中，所以這個(gè)事件視界將有可能囊括整個(gè)宇宙。
宇宙的黑洞十分多，這些黑洞最終都會(huì)在引力的作用下互相靠近，合并成一個(gè)更大的黑洞，與此同時(shí)黑洞們也在不斷地吸收物質(zhì)。比如我們所生存著的銀河系，它的中心就是一個(gè)黑洞。
在百億年后，銀河系中心的可能會(huì)將整個(gè)銀河系所有的物質(zhì)都吸收進(jìn)去，變成一個(gè)更大的黑洞。而且科學(xué)家們預(yù)測(cè)銀河系未來(lái)可能會(huì)與隔壁的仙女座星系發(fā)生撞擊，無(wú)論撞擊結(jié)果如何，最終都還是變成一個(gè)事件視界更大的黑洞。
宇宙循環(huán)過(guò)程
彭羅斯認(rèn)為，世界上所有的物質(zhì)最終都會(huì)被黑洞所吞噬，但無(wú)論黑洞吞噬多少物質(zhì)，處于黑洞深處的奇點(diǎn)，都只會(huì)有一個(gè)點(diǎn)的大小，不會(huì)變得更大。
當(dāng)奇點(diǎn)的質(zhì)量到達(dá)某一個(gè)極限的時(shí)候，它就很可能會(huì)發(fā)生爆炸，爆炸后大量的物質(zhì)逃離奇點(diǎn)，互相作用，冷卻凝結(jié)成一個(gè)個(gè)新的恒星和天體，新一輪宇宙循環(huán)就再次開(kāi)始了。
這個(gè)論點(diǎn)在一定程度上可以解釋宇宙的外面究竟是什么，如果宇宙是一個(gè)巨大黑洞爆炸后產(chǎn)生的，那么在宇宙外面肯定是一個(gè)原本在事件視界之外的世界，那個(gè)世界可能與現(xiàn)在的宇宙并沒(méi)有什么太大的差別。而黑洞的發(fā)現(xiàn)顯然是驗(yàn)證宇宙循環(huán)理論的一個(gè)可靠證據(jù)。
但是因?yàn)槲覀兪窃谟钪鎯?nèi)部，所以無(wú)法超越光速的我們，同樣無(wú)法前往宇宙的邊界并且脫離宇宙。甚至因?yàn)楣馑贌o(wú)法離開(kāi)宇宙的邊界，所以我們也同樣無(wú)法看到宇宙外部的世界。
而在宇宙外部的光速可能會(huì)比宇宙內(nèi)部的要更快許多，不然宇宙外的物質(zhì)也無(wú)法逃離宇宙起源前那個(gè)強(qiáng)大奇點(diǎn)的強(qiáng)大引力。
結(jié)語(yǔ)：宇宙起源對(duì)人類(lèi)的影響
如果宇宙的循環(huán)方式真的是形成一個(gè)大黑洞然后爆炸再繼續(xù)形成黑洞，那么就意味著這個(gè)世界是注定會(huì)被毀滅的，即便人類(lèi)能夠發(fā)展成星際文明并且讓宇宙每一個(gè)角落都出現(xiàn)人類(lèi)的蹤跡，但是在不斷擴(kuò)大合并的黑洞之下，人類(lèi)可能無(wú)法活到宇宙的盡頭。
但是這并不意味著我們就要因此感到悲觀，實(shí)際上，在宇宙循環(huán)理論出現(xiàn)之前，關(guān)于宇宙的終點(diǎn)，有許多猜想，每一個(gè)猜測(cè)的結(jié)局，都是注定了滅亡。
比如不斷熵增，最后宇宙變成熱寂世界，整個(gè)宇宙成為一碗熱湯，或者隨著時(shí)間的推移，所有物質(zhì)都失去了運(yùn)動(dòng)的能量，溫度全部流失，然后宇宙變成絕對(duì)零度的冷寂世界。
就像人出生后注定會(huì)死亡一樣，沒(méi)有人會(huì)因?yàn)檫@個(gè)注定的結(jié)局感到悲觀，最起碼我們經(jīng)歷的一生都會(huì)十分精彩。所以即便人類(lèi)可能注定滅亡，我們也不會(huì)因此感到而失去對(duì)未來(lái)的希望的，最起碼人類(lèi)文明也曾輝煌過(guò)。
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