第一个假设:
宇宙本身可能就是一个黑洞--如果我们生活在黑洞之中
为了使我们的探讨更浅显易懂和富于趣味,我们就从这个最科普的话题开始谈起。
天文学家们已经用了几十年的时间“寻找”黑洞。黑洞在天文学家的描述中和人们普遍的印象中是一个可怕的天体,它是一个质量非常密集的天体物质,由于任何物质都无法从黑洞中逃离,包括光也无法逃脱,因此黑洞是一个"黑"的宇宙中的洞穴。它不停吞噬周围的物质,甚至可能逐渐吞噬掉附近的恒星。任何掉入黑洞的物质都被撕碎、挤压成没有任何结构的“纯能量”,黑洞内部也没有任何结构可言。
但是,如果我们身在其中的宇宙本身就是一个黑洞呢?实际上,根据标准黑洞的计算公式就可以推算出,质量越大的黑洞,半径就越大,其密度也越低。我在高中的时候就做了这么一个计算,如果假设宇宙是一个黑洞,我们把宇宙的半径代入这个公式中,就可以求得其质量,也可以换算出它的密度。由于宇宙的质量是一个较难把握的推算数据,而宇宙的密度却是一个比较客观的直接观测数据,我着重对密度的计算结果进行了对比。结果让我很惊讶--这个密度和我们实际的观测数据在相当的量级上。也就是说,虽然"我们的宇宙"密度相当地小,但相对于“我们的宇宙”这么大的质量,我们这个宇宙完全有可能符合黑洞的定义和要求。如果真是这样,我们其实就生活在一个巨大的黑洞之中!
这样的一个新的阶段性结论与我们传统的黑洞理论非常不同。传统的黑洞理论认为,在黑洞内部不存在结构。但是,按照我的新的认识,黑洞的内部不但存在着结构,而且还很丰富多彩呢!(有星球、智慧生物……,一切就是我们所认识的宇宙的一切。)
下面是具体的计算。
黑洞的理论基础是:在一个力场中,如果物体达到光速都无法逃离,则没有任何物体能够逃离。因此把这种光都无法逃离的物体形象地命名为“黑洞”。黑洞理论最简单的一个模型是史瓦西黑洞,这样一个黑洞的半径与其质量有着直接的对应关系:
Rs = 2GM /
C2 (公式1-1)
其中:Rs ------黑洞的半径
G -------万有引力常数
M -------黑洞的质量
C --------光速。
如果假设“我们的宇宙”是一个标准黑洞,用史瓦西半径公式可以算出目前的宇宙半径和宇宙质量的对应值:
根据公式1-1,
Ru = 2GMu / C2
其中:Ru--------宇宙的半径
Mu---------宇宙的质量
G---------万有引力常数
C----------光速
根据天文学的实际测量和大爆炸理论推算出的结果,目前普遍认为宇宙的半径应该介于137亿光年~780亿光年之间(当然,也许大爆炸理论本身并不成立,因此这些对宇宙半径的测算的基础是不准确的,但我们先按照目前这样一些数据进行计算)。
如果宇宙半径Ru是137亿光年,则宇宙质量Mu对应为:8.745×1055
g
如果宇宙半径Ru是780亿光年,则宇宙质量Mu对应为:4.979×1056
g
实际上,如果将黑洞假设为一个球体,则可以将史瓦西公式转换成黑洞的密度和半径之间关系的公式:
因为:M=(4π/3)×Rs3×ρ,代入公式1-1,
则:1 = (ρ×Ru2 )×(4π/3)×2G
/ C2 (公式2-1)
其中:ρ代表宇宙的密度,Ru代表宇宙的半径,G是万有引力常数,C代表光速
可以看出,ρ与Ru2成反比,也就是说,黑洞的半径越大,其密度就越小。
如果宇宙半径Ru是137亿光年,则密度ρ对应为:9.59×10-30
g/cm3
如果宇宙半径Ru是780亿光年,则密度ρ对应为:2.96×10-31
g/cm3
这个数据与实际观测值在同个数量级或相差一个数量级之间。但由于普遍认为宇宙中存在大量没有被观测到的暗物质,以及宇宙半径的测量和计算方式的巨大差异,这个计算结果只能作为一个参考的依据。但是,假设“我们的宇宙”本身就是一个黑洞,则确实具有实质的研究价值和意义。即使传统的大爆炸学说是正确的,那么宇宙在爆炸后的很长一段过程中,或者在重新收缩后(广义相对论体系所描述的三种宇宙结局模型中,如果是闭合的)的一段时间之后,必然进入到黑洞的物理状态,而这个状态离宇宙起源或结束的那个“奇点”状态还相差得很远很远。因此,我们这个宇宙(曾经、现在、未来或者一直)是个黑洞这个判断看来即使是大爆炸理论的拥护者也难以拒绝。
这种可能的理论实际给出了一幅完全不同的宇宙观。首先,我们所谓的宇宙,或者说“我们的宇宙”,实际上可以称为一个更大范围时空中的一个黑洞。也许,在我们这个宇宙(黑洞)之外,还有无数平行的宇宙(黑洞)存在,但我们却无法跨越这些黑洞,穿行于其间。“我们的宇宙起源”,就是我们这个黑洞的起始;我们的宇宙的终结,就是我们这个黑洞的终结。
如果我们的宇宙本身确实是一个“黑洞”,那么,研究黑洞内的物理学规律、黑洞与黑洞间的物理学规律、以及黑洞内外物质间的物理学规律,将成为“黑洞力学”全新的组成部分,也成为“黑洞力学”中最基础和根本的内容。