科学家们通过宇宙不断膨胀的事实,通过时间的反推认为存在一个时间和空间的起点,现有宇宙中的所有物质都来源于这个点,这个点被称为“奇点”。而黑洞的中心也有一个类似奇点的存在,与宇宙起源“奇点”相比较,它们看上去都具有体积无限小、密度无限大、引力无限强、温度异常高的特点,那么能否从此推断出宇宙大爆炸前也是一个黑洞?或者说现在的黑洞也可能会像宇宙起源那样发生爆炸呢?

打开网易新闻 查看更多图片

我们先来看一下宇宙起源的那场大爆炸。在哈勃通过多年的观测,发现系外恒星发出的光线,在地球上接收到的光谱特征具有向红端移动的现象之后,根据光谱的多普勒效应继而得出宇宙膨胀的事实,并且确定了遥远目标星体相对于地球的退行速度,与它们和地球之间的距离成正比,这个比率即为哈勃常数。2013年通过普朗克卫星,科学家们对哈勃常数值进行了修正,确定为距离地球每百万秒差距区域(326万光年),其相对于地球的退行速度约为68公里每秒。

根据宇宙膨胀理论,我们可以计算出在距离地球144亿光年的区域,其目标星系远离地球的速度就达到了光速,也就是说从现在开始,距离地球144亿光年区域所发出的光线,已经无法到达地球。如果考虑到宇宙膨胀的历史,那么能够到达地球的光线,最多可以追溯到距离地球465亿光年的区域,这也是以地球为中心可观测宇宙范围的由来。

打开网易新闻 查看更多图片

与此同时,科学家们结合宇宙微波背景辐射、Ia型超新星爆发、造父变星亮度变化周期、引力波等的观测研究结果,推测出宇宙的年龄为138.2亿年。也就是说在138.2亿年之前是宇宙膨胀的起点,所有宇宙物质都来源于一个体积无限小、质量无限大、引力无限大、温度无限高的一个“奇点”,同时在这种理论的框架下,我们可以认为在大爆炸之前,“奇点”就是宇宙的全部,在它之外没有任何的时间与空间的概念,整个宇宙都是零维的点,因此谈论“宇宙大爆炸之前”这个命题本身就是不严谨的,因为时间和空间在奇点之处拥有着无限高的弯曲程度,时间是完全停滞的、空间完全压缩的,根本不具备物质属性,这一点是与黑洞以及黑洞中心最明显的区别。因此,追溯到宇宙最初的起源点,它本身就是一个零维的点,根本不是一个黑洞。

至于“奇点”为何会发生爆炸,至今科学界很难给出一个明确的结论。不过随着量子力学的发展,科学界从微观量子领域进行推测研究,认为“奇点”在大爆炸之前普遍存在着量子涨落的现象,在没有时间和空间概念的“奇点”处也不例外,由于量子世界的不确定性,组成“奇点”的虚粒子在发生迅速产生和湮灭的过程就可能出现例外,有时并非完全遵循完美的对称性,从而使得虚粒子对的其中一员发生逃逸,继而引发量子涨落的不确定性,最终推动了“奇点”大爆炸的产生,在1个普朗克时间(10^-43秒)里就“炸”出了现有宇宙空间尺度,随即引力波释放出去,在10^-32秒时间内分离出强相互作用力,在千分之一秒内分离出电磁力和弱相互作用力,38万年后随着整体温度的下降,自由原子和电子才组合成第一批中性原子,光线才从“混沌宇宙”中逃逸出去。此后又经过亿万年的酝酿和物质积累,才逐渐形成宇宙中的第一批恒星和行星。

而目前宇宙中的黑洞,与宇宙大爆炸之前奇点的形成原因完全不同。从黑洞的类型来看,科学家认为现实宇宙中有三种推测形态,第一种是原初黑洞,产生于宇宙大爆炸的早期瞬间,巨大的能量和超高的温度,使得宇宙大扩张时产生了许多空间上的“空洞”,不过由于这些黑洞非常小,“蒸发”现象非常强烈,这些黑洞的寿命非常短。第二种是恒星黑洞,是大质量的恒星在生命晚期,通过超新星爆发之后剩余核心部分物质继续无限坍缩而成。第三种是星系黑洞,存在于每一个星系的中心,是由位于星系中心区域众多大质量恒星演化为黑洞之后,通过黑洞不断吞噬恒星或者黑洞之间的合并所形成的超大质量黑洞。

打开网易新闻 查看更多图片

作为从目前已经被观测和证实的恒星黑洞和星系黑洞来说,和其它天体相比,它们的中心由于巨大的质量和超强的引力,在事件视界以内造成了时间和空间的超高弯曲,即使速度最快的光线,在这个视界以内也只能沿着测地线围绕核心运行,而摆脱不了引力的束缚,也就是说在黑洞的事件视界以内,其逃逸速度超过了光速,光线就像被吸入了一样,所以视界以内的任何物质和信息,我们在外围都是无法观测到的,然而在视界以外的天体和光线,我们是能够观测到的,也正因为黑洞的这种特性,我们通过引力透镜、引力扰动、吸积盘等方法,可以间接地观测到黑洞的存在。

从以上分析可以看出,黑洞与宇宙大爆炸起源的奇点有着明显的不同,最直接的就是黑洞是一种天体结构,它无论是从质量、体积,还是从引力大小来看,都是有一定范围的,即使是无法观测到任何信息的事件视界以内的空间,也是具有区域性,只不过在事件视界以内所有的质量都集中到核心的奇点之上。而黑洞也不会发生类似宇宙起源的那种大爆炸,它的命运之曲是由“激烈”的吸收和“温和”的蒸发共同组成的。

这种“温和”的蒸发就是所谓的“霍金辐射”,黑洞的温度高于宇宙微波背景辐射时,便会向外传递能量,从而使得黑洞的质量越来越小,黑洞的质量越大,其整体温度就越低,霍金辐射的强度就会越小,其寿命也就越长,比如恒星黑洞在万万亿年之后才开始温和地蒸发,然后再经过相当长的时间才会逐渐消失不见。