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黑洞是如何誕生的?宇宙中那些超大黑洞的前身又是什么?

正好在整整4年前,天文學(xué)界的一條消息沖上了各國熱搜:人類拍攝到了第一張非電腦制作的、真實的黑洞照片。照片的主角距離地球5500多萬光年,質(zhì)量則約為太陽的65億倍。這意味著,人類距離解開黑洞的謎題又近了一步。

但,你有沒有想過一種可能——人類其實根本不用靠近黑洞,因為我們本身就在黑洞之中?正如尼采所言:“當(dāng)你在凝視深淵時,深淵也正在凝視你”,你在地球遙望黑洞,看見的那無盡漆黑中,卻也可能有著另一個“你”,正與地球上的你相望。

這看似是一個荒誕無度,還十分燒腦的假設(shè),但實際上卻并非空穴來風(fēng),反而有著一定的科學(xué)依據(jù)。要解釋這一切,還得從宇宙大爆炸時,誕生的第一個黑洞說起。

黑洞的誕生

宇宙中第一個黑洞是怎么誕生的?要解答這一問題,我們首先需要知道黑洞到底是什么。

天文學(xué)界,科學(xué)家對黑洞的定義是:“時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”。

什么是時空曲率,什么又是事件視界呢?用我們小時候都玩過的蹦床打個比方:我們往下落到蹦床上時,蹦床的表面會發(fā)生形變,以我們的落點為中心,越中心就承受越多的重量,往下墜的程度也會越深。

在此基礎(chǔ)上,我們的落點就像黑洞,以它為中心,周圍發(fā)生形變的部分就是它的事件視界,而這部分形變的程度,就是它的時空曲率。

一旦進入黑洞的事件視界里,天體都會像落到蹦床凹陷區(qū)域的小球一樣,控制不住地朝它的中心旋轉(zhuǎn)著滾動。而黑洞又有著極大的質(zhì)量,不僅僅像地球一樣的行星會被它吸引,連像太陽一樣的恒星也難逃捕捉,甚至是它發(fā)出的光,都會通通被黑洞“吞進肚子里”。

那么,這樣像饕餮一樣“吞噬一切”的黑洞又是怎么誕生的呢?現(xiàn)今天文學(xué)界廣泛認(rèn)同的說法是:黑洞是由恒星演化而來的。

恒星是有壽命的,它在活躍時,其內(nèi)部其實一直在進行核聚變反應(yīng),核聚變會向外產(chǎn)生光和能量。而核聚變的原料是氫,它并不是無窮無盡的,總有用完的一天,到那時,恒星的壽命就走向了盡頭。

看看我們頭頂?shù)奶,以它為例,太陽?nèi)部的氫就可以支持它燃燒大約100億年,而到今天,太陽還剩大概60億年的壽命。看來,人類還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到擔(dān)心太陽演化為黑洞的時候。

一旦恒星死亡,就再也沒有核聚變反應(yīng)產(chǎn)生向外的能量抵抗它自身的引力,由此,恒星的所有物質(zhì)都會向內(nèi)坍塌,被壓縮成一個小點,成為新生黑洞的中心。這個小點,在天文學(xué)中被稱為“奇點”。

此時,黑洞周圍的一切天體都會被它的引力吸過去,隨著它吸收的天體越來越多,它的體積和質(zhì)量也越來越大,于是又可以吸收更多的物質(zhì),甚至連其他恒星發(fā)出的光也無法逃脫。我們現(xiàn)在所看到的黑洞的照片中,所見中心漆黑球體周圍一圈一圈的光,即是正在被其引力拉扯、吞噬的恒星。

你可能會好奇,一個恒星到底要被壓縮到多小才能有如此威力呢?天文學(xué)家卡爾·史瓦西對此做了計算,得出了史瓦西半徑。

太陽的史瓦西半徑約為3公里,地球的史瓦西半徑則只有9毫米。也就是說,如果太陽成為黑洞,它的中心將只是一個半徑為3公里的小球,而地球如果是這樣,它的中心半徑則只有9毫米。

第一個黑洞的悖論

結(jié)合以上所述的理論研究,黑洞誕生及演化的路徑似乎已經(jīng)非常清晰了。然而,天文學(xué)家們卻一個又一個地發(fā)現(xiàn)了與這些理論相悖的現(xiàn)象。

根據(jù)黑洞誕生理論,由于物質(zhì)的坍塌和壓縮,每個黑洞在誕生之初的體積都不會太大,最多可能只達到幾千公里直徑的大小。人類已知的宇宙中最大的黑洞,質(zhì)量卻約為太陽的660億倍,這就代表著,它需要吞噬其他星體上百億年的時間才能形成如此規(guī)模。

而人類已知宇宙的年齡,自宇宙大爆炸誕生至今,也才138.2億年,也就是說,這些超大的黑洞,在宇宙誕生之初就存在了,甚至隨著宇宙大爆炸同時誕生。

黑洞是恒星的終點,大爆炸是宇宙的起點,那么,在宇宙大爆炸前的一片虛無中,那些超大黑洞的前身,又會是什么呢?

有人提出,黑洞中心看似很小,卻因其吞噬了無數(shù)天體,實際上有著無線廣袤的空間。因此,黑洞的“奇點”,可能正是另一個宇宙,甚至就是我們所處宇宙的另一個時間點的模樣。

照這么說,我們生存的地球其實就處于一個巨大的黑洞里,我們所在的宇宙實際上就是一個巨大黑洞的內(nèi)部。而隨著時間流逝,當(dāng)我們所處的宇宙中最古老、最巨大的黑洞將一切吞噬,過量的物質(zhì)堆積可能使宇宙大爆炸再次發(fā)生,于是一切又都將重新來過。

巧合的是,天文學(xué)界將宇宙大爆炸開始的那一個點,也稱為“奇點”,和黑洞中心的名稱一樣。這難道在冥冥之中暗示著“開始即是結(jié)束,結(jié)束即是開始”的宇宙奧秘嗎?

黑洞內(nèi)部的“哲學(xué)”

要想真的解開一切關(guān)于黑洞的謎題,或許只能期待有朝一日人類可以真的進入黑洞。然而,這樣的期望卻壓根就不可能實現(xiàn),這不是因為科學(xué)技術(shù)的壁壘,而是就像人類被某種宇宙意志所阻止一樣。

對于黑洞,有一個廣為人知的說法:黑洞內(nèi)部是五維空間。什么是五維空間?這是一個數(shù)學(xué)的范疇。愛因斯坦的相對論認(rèn)為,空間和時間可以相互轉(zhuǎn)化,時間是空間存在的另一種方式,在我們所生活的三維空間里,再加上一條時間線,即可形成四維空間。

在四維空間的基礎(chǔ)上,隨著時間的變化,事物會發(fā)展成不同階段,于是還會形成一個人們可觀測這些不同階段的新的三維空間。因此,四維空間之上,還應(yīng)加上一層,即為五維空間。

若黑洞內(nèi)部是五維空間,那么人類就可用感官觀察到古往今來,自宇宙大爆發(fā)后發(fā)生的所有事情,甚至是以后將要發(fā)生的事情,可謂是真正的“博古通今”,而“穿越時空”的行為也就此可以成真了。

就像電影《星際穿越》中演繹那樣,進入黑洞內(nèi)部后,所有事件的時間線就像琴弦一樣在男主角面前展開,他撥動“琴弦”,竟然真的給了處在過去時空的人類以信息,人們由此解開了蟲洞飛行器的難題,得以搬離地球,前往新的家園。

然而,根據(jù)現(xiàn)有的理論,處在三維空間中的人類永遠(yuǎn)無法進入五維空間。就像螞蟻在球面上爬卻只會認(rèn)為自身在一個平面上一樣,低維空間的生物無法理解高維空間的存在,更遑論高維空間中的生物。這是人類自身的觀感帶來的無法突破的限制。

黑洞的奇點中可能隱藏著宇宙的秘密,而人類永遠(yuǎn)無法理解黑洞內(nèi)部的模樣,就像“造物主”對人類設(shè)置了永遠(yuǎn)無法解開這個秘密的規(guī)則一樣,人類被迫永遠(yuǎn)待在宇宙中,永遠(yuǎn)無法得知“造物主”的身份,這樣一來,“造物主”就可以永遠(yuǎn)舒舒服服地觀察人類,觀察整個宇宙。

也有一種理論認(rèn)為,五維空間就在我們身邊,只是因為我們是三維生物,才無法感知到它的存在。照這種邏輯,是否也可能因為我們就處在黑洞之中,所以才無法觀測到黑洞內(nèi)部的景象呢?這么看來,是否又因為我們就處在黑洞之中,所以我們才無法離開宇宙呢?

兩千多年前,春秋時期的道家提出了這樣一種思想:“道生一,一生二,二生三,三生萬物”,萬物生于道,萬物又歸于道。這難道不像黑洞創(chuàng)世的假說嗎?或許我們的老祖宗早已參透了一切:黑洞吞噬萬物,造成了宇宙大爆炸,之后我們誕生,最終又會被黑洞所吞噬,開始一輪新的宇宙大爆炸……

所有的一切好像一條銜尾蛇一樣被連接到一起,宇宙的存在就好像圓周率一樣永遠(yuǎn)繼續(xù)卻永不終結(jié),在一場循環(huán)結(jié)束后又開啟新一輪的循環(huán)。“物或損之而益,或益之而損”,增加就是減少,減少就是增加,生即是死,死即是生,一即萬物,萬物即一,開始即結(jié)束,結(jié)束即開始。

古代哲學(xué)家曾計算過,12億9600萬年后,現(xiàn)在所發(fā)生的所有一切都會重來一遍。人類或許永遠(yuǎn)無法解開黑洞和宇宙的秘密,但無論再過幾個12億9600萬年,人類都會一直走在探索、研究的道路上。明知不可為而為之,這是對人類勇氣的最美贊歌。

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