黑洞是如何诞生的?宇宙中那些超大黑洞的前身又是什么?
正好在整整4年前,天文学界的一条消息冲上了各国热搜:人类拍摄到了第一张非电脑制作的、真实的黑洞照片。照片的主角距离地球5500多万光年,质量则约为太阳的65亿倍。这意味着,人类距离解开黑洞的谜题又近了一步。
但,你有没有想过一种可能——人类其实根本不用靠近黑洞,因为我们本身就在黑洞之中?正如尼采所言:“当你在凝视深渊时,深渊也正在凝视你”,你在地球遥望黑洞,看见的那无尽漆黑中,却也可能有着另一个“你”,正与地球上的你相望。
这看似是一个荒诞无度,还十分烧脑的假设,但实际上却并非空穴来风,反而有着一定的科学依据。要解释这一切,还得从宇宙大爆炸时,诞生的第一个黑洞说起。
黑洞的诞生
宇宙中第一个黑洞是怎么诞生的?要解答这一问题,我们首先需要知道黑洞到底是什么。
天文学界,科学家对黑洞的定义是:“时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。
什么是时空曲率,什么又是事件视界呢?用我们小时候都玩过的蹦床打个比方:我们往下落到蹦床上时,蹦床的表面会发生形变,以我们的落点为中心,越中心就承受越多的重量,往下坠的程度也会越深。
在此基础上,我们的落点就像黑洞,以它为中心,周围发生形变的部分就是它的事件视界,而这部分形变的程度,就是它的时空曲率。
一旦进入黑洞的事件视界里,天体都会像落到蹦床凹陷区域的小球一样,控制不住地朝它的中心旋转着滚动。而黑洞又有着极大的质量,不仅仅像地球一样的行星会被它吸引,连像太阳一样的恒星也难逃捕捉,甚至是它发出的光,都会通通被黑洞“吞进肚子里”。
那么,这样像饕餮一样“吞噬一切”的黑洞又是怎么诞生的呢?现今天文学界广泛认同的说法是:黑洞是由恒星演化而来的。
恒星是有寿命的,它在活跃时,其内部其实一直在进行核聚变反应,核聚变会向外产生光和能量。而核聚变的原料是氢,它并不是无穷无尽的,总有用完的一天,到那时,恒星的寿命就走向了尽头。
看看我们头顶的太阳,以它为例,太阳内部的氢就可以支持它燃烧大约100亿年,而到今天,太阳还剩大概60亿年的寿命。看来,人类还远远不到担心太阳演化为黑洞的时候。
一旦恒星死亡,就再也没有核聚变反应产生向外的能量抵抗它自身的引力,由此,恒星的所有物质都会向内坍塌,被压缩成一个小点,成为新生黑洞的中心。这个小点,在天文学中被称为“奇点”。
此时,黑洞周围的一切天体都会被它的引力吸过去,随着它吸收的天体越来越多,它的体积和质量也越来越大,于是又可以吸收更多的物质,甚至连其他恒星发出的光也无法逃脱。我们现在所看到的黑洞的照片中,所见中心漆黑球体周围一圈一圈的光,即是正在被其引力拉扯、吞噬的恒星。
你可能会好奇,一个恒星到底要被压缩到多小才能有如此威力呢?天文学家卡尔·史瓦西对此做了计算,得出了史瓦西半径。
太阳的史瓦西半径约为3公里,地球的史瓦西半径则只有9毫米。也就是说,如果太阳成为黑洞,它的中心将只是一个半径为3公里的小球,而地球如果是这样,它的中心半径则只有9毫米。
第一个黑洞的悖论
结合以上所述的理论研究,黑洞诞生及演化的路径似乎已经非常清晰了。然而,天文学家们却一个又一个地发现了与这些理论相悖的现象。
根据黑洞诞生理论,由于物质的坍塌和压缩,每个黑洞在诞生之初的体积都不会太大,最多可能只达到几千公里直径的大小。人类已知的宇宙中最大的黑洞,质量却约为太阳的660亿倍,这就代表着,它需要吞噬其他星体上百亿年的时间才能形成如此规模。
而人类已知宇宙的年龄,自宇宙大爆炸诞生至今,也才138.2亿年,也就是说,这些超大的黑洞,在宇宙诞生之初就存在了,甚至随着宇宙大爆炸同时诞生。
黑洞是恒星的终点,大爆炸是宇宙的起点,那么,在宇宙大爆炸前的一片虚无中,那些超大黑洞的前身,又会是什么呢?
有人提出,黑洞中心看似很小,却因其吞噬了无数天体,实际上有着无线广袤的空间。因此,黑洞的“奇点”,可能正是另一个宇宙,甚至就是我们所处宇宙的另一个时间点的模样。
照这么说,我们生存的地球其实就处于一个巨大的黑洞里,我们所在的宇宙实际上就是一个巨大黑洞的内部。而随着时间流逝,当我们所处的宇宙中最古老、最巨大的黑洞将一切吞噬,过量的物质堆积可能使宇宙大爆炸再次发生,于是一切又都将重新来过。
巧合的是,天文学界将宇宙大爆炸开始的那一个点,也称为“奇点”,和黑洞中心的名称一样。这难道在冥冥之中暗示着“开始即是结束,结束即是开始”的宇宙奥秘吗?
黑洞内部的“哲学”
要想真的解开一切关于黑洞的谜题,或许只能期待有朝一日人类可以真的进入黑洞。然而,这样的期望却压根就不可能实现,这不是因为科学技术的壁垒,而是就像人类被某种宇宙意志所阻止一样。
对于黑洞,有一个广为人知的说法:黑洞内部是五维空间。什么是五维空间?这是一个数学的范畴。爱因斯坦的相对论认为,空间和时间可以相互转化,时间是空间存在的另一种方式,在我们所生活的三维空间里,再加上一条时间线,即可形成四维空间。
在四维空间的基础上,随着时间的变化,事物会发展成不同阶段,于是还会形成一个人们可观测这些不同阶段的新的三维空间。因此,四维空间之上,还应加上一层,即为五维空间。
若黑洞内部是五维空间,那么人类就可用感官观察到古往今来,自宇宙大爆发后发生的所有事情,甚至是以后将要发生的事情,可谓是真正的“博古通今”,而“穿越时空”的行为也就此可以成真了。
就像电影《星际穿越》中演绎那样,进入黑洞内部后,所有事件的时间线就像琴弦一样在男主角面前展开,他拨动“琴弦”,竟然真的给了处在过去时空的人类以信息,人们由此解开了虫洞飞行器的难题,得以搬离地球,前往新的家园。
然而,根据现有的理论,处在三维空间中的人类永远无法进入五维空间。就像蚂蚁在球面上爬却只会认为自身在一个平面上一样,低维空间的生物无法理解高维空间的存在,更遑论高维空间中的生物。这是人类自身的观感带来的无法突破的限制。
黑洞的奇点中可能隐藏着宇宙的秘密,而人类永远无法理解黑洞内部的模样,就像“造物主”对人类设置了永远无法解开这个秘密的规则一样,人类被迫永远待在宇宙中,永远无法得知“造物主”的身份,这样一来,“造物主”就可以永远舒舒服服地观察人类,观察整个宇宙。
也有一种理论认为,五维空间就在我们身边,只是因为我们是三维生物,才无法感知到它的存在。照这种逻辑,是否也可能因为我们就处在黑洞之中,所以才无法观测到黑洞内部的景象呢?这么看来,是否又因为我们就处在黑洞之中,所以我们才无法离开宇宙呢?
两千多年前,春秋时期的道家提出了这样一种思想:“道生一,一生二,二生三,三生万物”,万物生于道,万物又归于道。这难道不像黑洞创世的假说吗?或许我们的老祖宗早已参透了一切:黑洞吞噬万物,造成了宇宙大爆炸,之后我们诞生,最终又会被黑洞所吞噬,开始一轮新的宇宙大爆炸……
所有的一切好像一条衔尾蛇一样被连接到一起,宇宙的存在就好像圆周率一样永远继续却永不终结,在一场循环结束后又开启新一轮的循环。“物或损之而益,或益之而损”,增加就是减少,减少就是增加,生即是死,死即是生,一即万物,万物即一,开始即结束,结束即开始。
古代哲学家曾计算过,12亿9600万年后,现在所发生的所有一切都会重来一遍。人类或许永远无法解开黑洞和宇宙的秘密,但无论再过几个12亿9600万年,人类都会一直走在探索、研究的道路上。明知不可为而为之,这是对人类勇气的最美赞歌。
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