1916年,德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個解表明,如果將大量物質(zhì)集中于空間一點,其周圍會產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象,即在質(zhì)點周圍存在一個界面——“視界”,一旦進(jìn)入這個界面,即使光也無法逃脫。這種“不可思議的天體”被美國物理學(xué)家惠勒命名為“黑洞”。

隨著天文觀測的數(shù)據(jù)越來越多,黑洞存在的證據(jù)也越來越多。2019年,在多國科學(xué)家協(xié)力合作下,人類拍攝了首張黑洞照片,該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質(zhì)量約為太陽的65億倍。時至今日,黑洞已經(jīng)不僅僅是理論上的東西,而是被證實了的東西。

現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為,宇宙有一個起點,時間和空間都是在一個奇點的爆發(fā)中創(chuàng)造出來的。這一理論被稱為宇宙大爆炸理論。宇宙大爆炸理論非常符合當(dāng)代天文觀測,因此被廣為接受。

把整個宇宙的物質(zhì)塞進(jìn)一個點,那不就是一個超級大黑洞嗎?
物理學(xué)的對稱性告訴我們,過去和現(xiàn)在都受到同一套自然規(guī)律支配著。今天起作用的自然規(guī)律,在過去也是一樣有效,并且將來還會有效。因此,我們才能推測遙遠(yuǎn)的過去曾經(jīng)有過什么,也能對未來加以預(yù)測。如果宇宙之初也遵守今天的物理定律,那么,宇宙之初,大量物質(zhì)聚集在一個奇點,就應(yīng)該是一個超級大黑洞。
那么問題來了:這個超級大黑洞是如何孕育出我們這個宇宙的呢?
在黑洞理論形成的初期,人們以為黑洞不會放出任何東西。然而,霍金證明,由于量子漲落,黑洞會放出輻射。這種輻射現(xiàn)在被人們稱為霍金輻射。

霍金墓碑上刻著黑洞溫度公式,公式左邊即黑洞溫度T,右邊的h為普朗克常數(shù),c為光速,π是圓周率,k是玻爾茲曼常數(shù),G為引力常數(shù),M是質(zhì)量。
從霍金輻射公式可以看出,黑洞的輻射只與其質(zhì)量有關(guān),且與質(zhì)量成反比。質(zhì)量越大,黑洞的溫度越低,其能放出的輻射越少。我們還能從該公式看出,黑洞是一個負(fù)比熱系統(tǒng)。黑洞吸收的熱量越多,其溫度就越低,放出的熱量越少。其實這很容易理解:熱是微觀粒子的運動,黑洞吸收物質(zhì)(能量)會讓自己變重,越重自然運動得越慢,因此溫度也就越低。反過來,假設(shè)黑洞放出的熱量,那么黑洞就會越來越熱,越熱就越傾向于放熱,最后會爆發(fā)消失!
黑洞是吸熱還是放熱,取決于視界內(nèi)外的熱平衡情況。熱量始終是從溫度高的地方流向溫度低的地方。若是視界外溫度高,則黑洞吸熱,反之,黑洞放熱。因為黑洞特殊的負(fù)比熱特性,其吸熱時會變冷,放熱時會變熱,因此,一般情況下吸熱的黑洞就會一直吸熱,而放熱的黑洞則可以持續(xù)放熱。
黑洞越小,溫度越高。假設(shè)將一輛1000噸的火車壓縮成一個黑洞,其溫度高達(dá)7.7×1017K,如此高溫的黑洞,必然會迅速放熱而爆發(fā)消失。鑒于小黑洞一旦形成就會爆發(fā)消失,所以太小的黑洞并不能穩(wěn)定存在。因此,穩(wěn)定存在的黑洞必須擁有巨大的質(zhì)量。
1936年﹐奧本海默等證明存在一個臨界質(zhì)量,一顆熱核能源耗盡的星體﹐如果質(zhì)量大于這個臨界質(zhì)量﹐就不可能成為穩(wěn)定的中子星,它很可能坍縮形成黑洞,這個臨界質(zhì)量被稱為奧本海默極限。也就是說,如果是恒星死亡后誕生的黑洞的話,其形成的條件需要恒星達(dá)到某個臨界質(zhì)量。
人類實際能在宇宙中探測到的黑洞,質(zhì)量一般很大,因此,它們的溫度都是極低的。假設(shè)一顆星核質(zhì)量為三倍太陽質(zhì)量的恒星塌陷為黑洞,其溫度約為1.3×10`-7K。如此低溫的黑洞,必然能從宇宙中吸收熱量而不斷變大。
按照黑洞理論,誕生宇宙的奇點擁有極大的質(zhì)量,必然意味著其溫度極低。許多書籍介紹大爆炸時認(rèn)為,誕生宇宙的奇點溫度極高,這是錯誤的。宇宙誕生之初,一定極冷!
在現(xiàn)在的宇宙中,黑洞一旦形成,就開始不斷吞噬宇宙中的能量,然后變得越來越冷。這個過程沒有什么力量能夠阻止,黑洞不斷成長,互相兼并,長此以往,宇宙間的一切物質(zhì),最終都將掉入黑洞。因此,宇宙會越來越冷。直到有一天,整個宇宙歸于一個黑洞!
但黑洞不是宇宙的終點。黑洞并不會在極冷的熱平衡中永恒死寂,因為量子漲落的隨機(jī)性讓黑洞無法實現(xiàn)完全的熱平衡。
當(dāng)周圍的能量都流進(jìn)黑洞,視界外的溫度越來越低,越來越接近絕度零度,到最后,黑洞幾乎無法在從周圍獲取能量,這時,只要一次量子漲落,至今為止一直吸熱的黑洞,就有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榉艧岬暮诙?。也就是說,當(dāng)黑洞從外界獲得能量(物質(zhì))的概率過小時,黑洞的狀態(tài)會由吸熱過程轉(zhuǎn)變?yōu)榉艧徇^程!應(yīng)驗了那句古語:物極必反!
由于黑洞特殊的負(fù)比熱特性,一旦開始放熱,黑洞就會越來越熱,這個過程將以不可逆轉(zhuǎn)之勢持續(xù)下去,越放熱,黑洞就越熱,越熱也就越能放熱!起初很慢,然后越來越快,到最后,黑洞會徹底爆發(fā),直至消失!
發(fā)現(xiàn)了嗎?這就是我們的宇宙大爆炸!
所以,我們這個膨脹的宇宙就是一個超級大黑洞逆轉(zhuǎn)爆發(fā)而產(chǎn)生的。這個超級黑洞的爆發(fā),誕生了我們這個膨脹的宇宙。根本不需要莫名其妙的暴脹理論。