前言小時候看的科普讀物中，基本都會很篤定地說宇宙源自于一場大爆炸。很多人看到這個結論，都會感到有一些困惑，宇宙如果是爆炸而來的，那么為何這個世界沒有因為爆炸而被毀滅呢？反而是爆炸之后，無數的星球誕生，甚至地球上還出現了我們這樣的生命體。 而且如果是爆炸的話，這個能炸成整個宇宙的炸彈有多大呢？在炸彈之外有什么？看到這里，大家應該能夠意識到，僅僅用一句宇宙起源于大爆炸，是無法讓大多數人信服的。  宇宙大爆炸 當然在科學界，關于宇宙起源的理論會更加復雜，但是再復雜的理論，也無法篤定地說一定正確。直到現在，依舊是沒有任何理論可以準確描述宇宙的起源過程。 而在2020年的諾貝爾獎得主名單中，時年89歲的彭羅斯卻可能找到了另一個探索角度，他最初提出黑洞理論，并且完善了黑洞的屬性，直到2019年人類的第一次觀測到黑洞的存在，證實了他的理論。 黑洞真實存在于宇宙間，這個觀測結果很有可能會改寫宇宙起源方式。  黑洞 發現黑洞的意義最初認為黑洞有可能存在的人是18世紀的約翰·米歇爾和皮耶·西蒙·拉普拉斯，他們認為宇宙中可能會存在一個重力大到光線也無法逃離的天體，它在宇宙中會變成隱身狀態。因為任何光線都無法逃離這個天體，所以自然也無法發射出光線讓人觀測到它的存在。 黑洞這個概念從出現開始，就得到大多科學家的贊成。我們知道，每個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而不會掉落到地面上。 完全擺脫地球的引力則需要達到第二宇宙速度11.2公里每秒，最后就是要擺脫太陽系引力的話，則需要達到宇宙第三速度16.7公里每秒。  宇宙速度 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，地球環繞速度、地球逃逸速度、太陽逃逸速度。 太陽的重力明顯大于地球，之所以逃逸速度并沒有高太多，主要是因為地球距離太陽已經有一定的距離了，如果我們要從太陽表面開始逃逸，那么我們需要達到更快的瞬時速度才有可能離開。 宇宙天體的重力主要由天體的質量所決定的，質量越高的天體能產生越大的重力。一開始17世紀的牛頓等科學家觀測到天體之間有相互作用的引力，但他們無法解釋這種力是如何產生的，所以只能簡單地將其定義為萬有引力。  地球與太陽之間存在引力 在之后很長一段時間中，人們都認為這個世界上所有的物體都一定會相互之間產生吸引力，但是直到伯恩哈德·黎曼和愛因斯坦的出現，這個觀念才得到推翻。 黎曼從數學的角度開展研究空間的屬性，他認為在物理世界中不一定絕對是三維的，他覺得宇宙中兩點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平行的，因為在它定義的幾何匯中，空間是扭曲的，所有的直線最終都會相交。 愛因斯坦受到黎曼幾何的影響，所以在他的相對論中，空間被定義為可以扭曲的。在廣義相對論中，空間其實更像一個被繃直的保鮮膜，將任何物質放上去，都會讓這張保鮮膜在一定程度上凹陷下去。  愛因斯坦及空間扭曲 我們知道，保險膜凹陷后會形成一個小窩，這時如果再放入其他物質，必然會往小窩的深處掉落，除非這個物質比小窩深處的物質質量更重，能夠制作出一個更加深的凹陷。 簡單來說，地球、太陽、甚至黑洞都因為其強大的質量，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。如果不逃離，那么就像一顆掉進漏斗的玻璃球一樣，圍繞著漏斗的斜壁旋轉，但又無法離開這個漏斗，旋轉到最后，還是會被中心的高質量天體所捕捉。 按照這個理論，物質的質量越大，空間的凹陷就越明顯，所以當黑洞的概念被提出來時，科學家們就一致認為，這將是所有天體的終點。因為如果一個物體的重力已經大得讓光都無法逃脫，那么這將變成一個只進不出的天體，而且由于其強大的重力，所有的物質在進入黑洞后，都會被壓成一個點，這就是傳說中的奇點。  黑洞奇點 在愛因斯坦之前，羅杰·彭羅斯就已經計算出黑洞的存在方式和相關數據，但是受限于當時人類的觀測能力不足，一直都無法找到黑洞真實存在的證據。 但由于彭羅斯的計算和理論都是十分完善，所以科學家們一直都沒有因為觀測不到就否認黑洞的存在。 全球三十多個天文研究單位聯合在一起組成一個超級團隊，他們的任務就是將黑洞拍攝出來。直到2019年4月，這個團隊完成使命，成功將黑洞拍攝下來，證實了黑洞是確實存在的。  世界上第一張黑洞照片 得到證據的支持，時年89歲的羅杰·彭羅斯也因此得到諾貝爾物理獎。 黑洞與宇宙起源黑洞是確實存在的，在大家對黑洞這個詞習以為常幾十年之后，人類才第一次拿出黑洞存在的證據。 那么黑洞與宇宙起源的關系又是怎么樣的呢？如果我們能夠正確認識黑洞，最終我們就能真正明白宇宙的誕生可能性。 首先黑洞是一個擁有超高質量的奇點，一般像太陽這樣的恒星，會隨著時間的流逝，將大多數氫氦元素聚變成比鐵元素還重的元素，聚變結束后，恒星基本質量不變大小卻發生變化，這就會導致恒星坍塌成密度極大的白矮星或者中子星。然后中子星繼續坍塌，變成一個黑洞。  黑洞的形成過程 科學家們經過計算，認為如果太陽坍塌成黑洞的話，這個黑洞的直徑這應該有1.2到3公里左右。 這時就會有人問了，黑洞不是說好只有一個點嗎，為何還會有大小和直徑？這是因為科學家們無法真正觀測到黑洞的存在。 實際上黑洞除了奇點，還有一個神奇的屬性，那就是“事件視界”。簡單來說，所有的黑洞都具備一個特點，任何靠近黑洞的物質都會被超強的引力吞噬進黑洞中心的奇點處。而光也屬于一種物質，所以光也無法逃脫黑洞重力的捕捉。  事件視界 這個事件視界就是黑洞能夠捕捉光線的邊界點，大多數物質在遠離事件視界的時候雖然同樣會受到黑洞引力的影響，但是只要能夠達到一定的速度，還是有機會從逃離黑洞的捕捉。 但是任何物體一旦進入事件視界，除非能夠擁有超光速，不然絕對無法逃離黑洞的捕捉。而在相對論中已經分析得很清楚了，目前任何擁有質量的物質都是沒辦法達到光速的，更別提超光速了。 更為恐怖的是，黑洞的質量不僅僅影響了空間的扭曲，它還讓周圍時間的流速明顯減慢。掉進黑洞事件視界后，在黑洞外如果能看到內部，將會看到一個完全靜止的人，在進入黑洞的那一刻，你的時間就相對于宇宙靜止了。  人掉進黑洞處于靜止 也許要一直到宇宙毀滅，事件視界中靜止的你才會繼續動起來。所以如果人類進入黑洞后還能保留意識的話，那么他將直接目睹到宇宙的結局，在結局之后，就是宇宙的新起源。 黑洞的事件視界與奇點的質量有直接關聯，質量越大引力越大，引力越大事件視界越大。所以我們可以直接得出結論，黑洞會隨著時間的流逝，吸收越來越多的物質進到奇點中，所以這個事件視界將有可能囊括整個宇宙。 宇宙的黑洞十分多，這些黑洞最終都會在引力的作用下互相靠近，合并成一個更大的黑洞，與此同時黑洞們也在不斷地吸收物質。比如我們所生存著的銀河系，它的中心就是一個黑洞。  銀河系結構圖 在百億年后，銀河系中心的可能會將整個銀河系所有的物質都吸收進去，變成一個更大的黑洞。而且科學家們預測銀河系未來肯可能會與隔壁的仙女座星系發生撞擊，無論撞擊結果如何，最終都還是變成一個事件視界更大的黑洞。 宇宙循環過程彭羅斯認為，世界上所有的物質最終都會被黑洞所吞噬，但無論黑洞吞噬多少物質，處于黑洞深處的奇點，都只會有一個點的大小，不會變得更大。 當奇點的質量到達某一個極限的時候，它就很可能會發生爆炸，爆炸后大量的物質逃離奇點，互相作用，冷卻凝結成一個個新的恒星和天體，新一輪宇宙循環就再次開始了。 宇宙的循環理論 這個論點在一定程度上可以解釋宇宙的外面究竟是什么，如果宇宙是一個巨大黑洞爆炸后產生的，那么在宇宙外面肯定是一個原本在事件視界之外的世界，那個世界可能與現在的宇宙并沒有什么太大的差別。而黑洞的發現顯然是驗證宇宙循環理論的一個可靠證據。 但是因為我們是在宇宙內部，所以無法超越光速的我們，同樣無法前往宇宙的邊界并且脫離宇宙。甚至因為光速無法離開宇宙的邊界，所以我們也同樣無法看到宇宙外部的世界。 而在宇宙外部的光速可能會比宇宙內部的要更快許多，不然宇宙外的物質也無法逃離宇宙起源前那個強大奇點的強大引力。 宇宙結構模型 結語：宇宙起源對人類的影響如果宇宙的循環方式真的是形成一個大黑洞然后爆炸再繼續形成黑洞，那么就意味著這個世界是注定會被毀滅的，即便人類能夠發展成星際文明并且讓宇宙每一個角落都出現人類的蹤跡，但是在不斷擴大合并的黑洞之下，人類可能無法活到宇宙的盡頭。 但是這并不意味著我們就要因此感到悲觀，實際上，在宇宙循環理論出現之前，關于宇宙的終點，有許多猜想，每一個猜測的結局，是注定了滅亡。 黑洞的擴大合并 比如不斷熵增，最后宇宙變成熱寂世界，整個宇宙成為一碗熱湯，或者隨著時間的推移，所有物質都失去了運動的能量，溫度全部流失，然后宇宙變成絕對零度的冷寂世界。 就像人出生后注定會死亡一樣，沒有人會因為這個注定的結局感到悲觀，最起碼我們經歷的一生都會十分精彩。所以即便人類可能注定滅亡，我們也不會因此感到而失去對未來的希望的，最起碼人類文明也曾輝煌過。 冷寂世界 |
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