宇宙真的是一个大黑洞吗？

以下是我们在时空通讯中丢失的摘录。每个月，我们都会将键盘交给物理学家或数学家，向您介绍他们从宇宙角落的迷人想法。你可以在此处注册丢失的时空。

“所以你写了一本关于黑洞的书？”

陌生人从他的鸡尾酒中喝了一口。我们在一个聚会上，被介绍给客人。我在搅动我的piñaColada时礼貌地点头。

“然后告诉我，”陌生人继续说道，将他的眼睛深深地锁在我的身上，“是吗 真的 的确，整个宇宙都是黑洞吗？”

我并不感到惊讶。当我告诉人们我花了多年的时间与科学家交谈并访问观察者来了解我们目前对这些宇宙庞然大物的了解时，这是我被问到的最常见问题之一。

难怪人们想知道。媒体头条新闻经常出现，提出我们看到的闪烁的星系，当我们窥视到太空时可能会被困在一个巨大的黑洞中。讨论此类想法的视频在YouTube上获得了数百万的观点。尽管这听起来像是科幻小说中的东西，但这并非没有优点。对这个想法的科学研究至少可以追溯到1972年，当时物理学家Raj Kumar Pathria在《自然》杂志上发表了一封信 标题为“宇宙为黑洞”。从那时起，令人难以置信的主张经常返回。

那么，是真的吗？

如何制作黑洞

简而言之，黑洞是一个空间的区域，重力是如此强大，以至于什么都没有，甚至没有光，也无法逃脱。

这些神秘的物体最初是在第一次世界大战期间由天文学家卡尔·施瓦茨（Karl Schwarzschild）用数学发现的。虽然他可以听到法国 – 德国战线的战斗中隆重的隆隆声，但他调查了阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）刚刚发表的一般相对论方程式将预测行星运动的方程式 和恒星的结构。

Schwarzschild击中了一个公式，该公式描述了空间和时间如何与我们的世界经验变得非常同步，转向自己并创建了不可避免的区域，后来又被称为黑洞。

Schwarzschild的发现使人们对黑洞的工作原理有了深刻的了解。取给定的质量，例如人体，行星或星星。现在将其挤入由Schwarzschild的公式定义的卷中， 瞧！ 一个黑洞形成了。

此临界量取决于对象的质量。对于人体来说，它是微小的：比质子小一百倍。对于地球而言，它大约是高尔夫球的大小，而对于太阳来说，它大约对应于洛杉矶市中心的大小（约6公里或不到4英里的距离）。

如您所见，创建黑洞很难。在正常情况下，物质不喜欢被压缩到如此高的密度中。只有宇宙中最灾难性的过程（例如，巨大的恒星在超新星中爆炸时）才能迫使物质自身崩溃并形成黑洞。

但是，黑洞的创作故事有一个转折。虽然爆炸恒星造成的那些源于异常密集的物质，但他们更大的超级产c在大多数星系的中心发现的，密度很低。根据Schwarzschild的公式，黑洞越大，它所包含的空虚越多，其平均密度越低（从相当手动的意义上讲 – 实际上，像黑洞这样的复杂时空对象的密度并不容易定义）。因此，观察到的最大的黑洞的平均密度小于空气！

那么，关于宇宙的呢？鉴于它主要由空白空间组成，其极低的密度仍然与黑洞的密度相对应吗？

调整宇宙的尺寸

得益于Schwarzschild的公式，天文学家配备了一种工具来确定物体是否是黑洞：首先，测量其质量；然后，确定其音量。如果对象的质量限制在体积小于Schwarzschild公式所定义的体积中，则应该是一个黑洞。

因此，让我们将此食谱应用于整个宇宙。为此，我们需要知道其质量和数量。但是，由于我们不能用天体统治者在整个宇宙中漫游并衡量其真正的宽度，因此不可能知道其总尺寸。我们所能做的就是观察从遥远的空间到达我们的光和颗粒。

我们可以看到的最古老的光来自宇宙微波背景。它是在大爆炸后仅380，000年创建的。自从宇宙扩展以来，从我们那里发出的光点离我们很远。自大爆炸定义可观察到的宇宙以来，光本可以传播的总距离，直径为930亿光年。

得益于几十年来艰苦的测量，天文学家确定了这一卷中的质量：大约10⁵⁴ kg（那是1个，其次是54个零，该零名称为9月1日）。

现在，让我们计算一个黑洞的假设大小，质量为1千万公斤。将数字插入Schwarzschild的公式中，让鼓和一些数学操作后来我们面临着惊人的答案：这样的黑洞将遍布3000亿光年，大约是可观察到的宇宙的三倍。换句话说，仅通过查看可观察到的宇宙中包含的大小和质量，就可以符合黑洞的账单。

“哇，”鸡尾酒会的好奇陌生人大声喊道，“那宇宙真的是一个黑洞吗？”

我回答：“蚱hopper不那么快，蚱hopper。”为了真正解决这个问题的底部，我们需要仔细研究黑洞的内部。

进入黑暗

黑洞很奇怪。他们许多奇怪的方面之一是，从外面看，它们的尺寸似乎是固定的，但是在内部，它们正在不断变化。根据Schwarzschild的公式，它们内部的空间朝着一个方向伸展，并同时挤在一起。 （如果黑洞正在旋转，那么它的内部世界仍然使人怪异，但这是另一个新闻通讯的故事。）

宇宙学家称这种类型的结构 各向异性。 热带 表示“方向”， ISO 意思是“平等”， 一个 表示否定。黑洞内部的各向异性动态意味着在三个空间方向中，一个会扩展，另外两个将收缩 – 就像橡皮纸被拉入细绳一样。这种扭曲与所有插入物质的潮汐伸展密切相关，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）以他的商标语言风格称为意大利面。

与黑洞的情况不同，随着宇宙的扩展，它这样做 各向同性 （也就是说，它以各个方向的方式以相同的方式扩展）。听起来不像黑洞的内部，不是吗？

但这还不排除黑洞宇宙。那是因为黑洞与我们的宇宙有两个特征，表面上似乎很熟悉：事件的视野和奇异性。

事件视野 是无法从中出现的表面。在黑洞的情况下，它标志着一旦通过一旦通过就永远无法逃脱的没有回报的通过。在宇宙的情况下，它之所以出现，是因为空间的膨胀发生得如此之快，以至于防止了非常遥远的星系的光线到达我们。

这个宇宙事件的视野就像是黑洞事件地平线的内而外版：后者阻止了我们在黑洞深渊深处窥视，而前者则阻止我们向外看到到最远的太空到达。

这种倒置的关系也具有不祥的奇异性 – 物质密度和时空曲率无限增大的注定点。根据Schwarzschild的公式，奇异性是任何进入黑洞的不幸宇航员在通过事件视野后都必须遇到的时间点。同样，我们的宇宙学模型也包含一个奇异性 – 但在过去。随着我们向后推断宇宙的扩展，太空中的所有点越来越近，而密度越来越高。随着密度没有束缚，我们的大爆炸模型的神秘初始时刻达到了奇异性。因此，对于黑洞而言，从数学上讲，奇异性在于将来，而对于我们不断扩大的宇宙而言，它是过去的。在这两种情况下，我们的模型中出现的奇异性都表明对那些莫名其妙的密度点上发生的事情缺乏确切的了解。

将所有这些加在一起 ​​- 扩展，事件视野和奇异性的差异 – 描绘了我们宇宙相当令人信服的图片 不是 一个黑洞。它看起来不像一个！

“但是坚持下去，”陌生人感到失望时说：“我认为我们只是计算出我们的宇宙符合黑洞的标准。这是没有意义的！”

我回答说：“嗯，虽然计算正确，但事实证明，与施瓦茨柴尔德（Schwarzschild）相似的数学关系也被深深地埋在我们的模型中，用于扩展的宇宙。它并不是黑洞所独有的。”

谁知道最大的宇宙尺度上发生了什么奇怪的事件，除了我们可以使用望远镜探测的范围之外。但是，根据我们扩大宇宙和非旋转黑洞的基本模型，我们的宇宙并不具有在黑洞内的标志。我们应该做什么？就我个人而言，我认为这证明了重力的多功能性，创造了奇妙的结构，例如时空嘎吱作响的黑洞和一次加速的扩大宇宙。

乔纳斯·恩德（Jonas Enander）是瑞典科学作家，拥有物理学博士学位。他最近出版的书 面对无穷大：黑洞和我们在地球上的位置 （大西洋书籍/实验，2025年）探讨了黑洞对宇宙以及人类的影响。为了探索这些想法，他 创建了一个使用水彩画讲述故事的视频。