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世界大爆炸终究是什么?科学家猜想可能是黑洞?
2019-11-01 22:07:14

这一问题从不同视点能够得到不同的答案。

为什么世界在一开始没有坍缩并变成一个黑洞?

有时人们难以了解为什么世界大爆破不是黑洞。无论怎么,在大爆破初的一会儿,物质的密度远大于现有的任何一颗恒星,高密度的物质将会激烈地歪曲时空。在必定的密度下,在希瓦兹凯尔德半径内将有满足质量的物质构成黑洞。但是,大爆破却没有堕入本身构成的黑洞中,并且对立的是,在奇点邻近的空间是平整的,并没有被激烈歪曲。这是为何?

简略来说,是大爆破初期飞速地胀大而避免了堕入黑洞,并且胀大的速度正在减慢。在时空不平世界大爆炸终究是什么?科学家猜想可能是黑洞?整时,空间本身能够是平整的。时空的歪曲或许仅因为其间的时刻部分而构成,而时刻是描绘世界胀大的量之一。因而,总的时空歪曲是由物质的密度构成,但其间也有空间歪曲的奉献,世界大爆炸终究是什么?科学家猜想可能是黑洞?正如世界的胀大。希瓦兹凯尔阿昔洛韦片德的重力公式的静态解说展现了一个静态球体在坍缩成为黑洞前有必要到达的极限。但希瓦兹凯尔德极限并不适用于敏捷胀大的物质。

大爆破模型和黑洞之间的差异是什么?

常见的大爆破模型是Friedmann-Robertson-Walker (FRW)对广义相对论中重力场公式的解说。这些模型能够用来描绘敞开或封闭的世界。一切FRW描绘的模型中的开始都有一个表明大爆破奇点。黑洞相同有奇点,别的,封闭的世界中,没有光能够逃逸,这也正是黑洞的界说。那么黑洞和大爆破的不同点在哪里呢?

第一个显着的不同是FRW模型中的大爆破奇点存在于曩昔所发作的事情中,而黑洞奇点存在于未来。因而大爆破更像是一个‘白洞’:倒播版别的黑洞。依据经典广义相对论,白洞应是不存在的,因为它们就像黑洞不可被损坏相同是不可被生成的。但这或许不适用世界大爆炸终究是什么?科学家猜想可能是黑洞?于白洞自始一向存在的景象。

但规范的FRW大爆破模型与白洞也是不同的。白洞具有一个和黑洞相反的事情穹界。任何物质不能进入这一穹界,正如任何物质无法逃出黑洞的事情穹界。简略来说,这是白洞的界说。留意FRW模型能够比较显着地与黑洞或白洞模型,如静态的希瓦兹凯尔德模型和旋转的克尔模型差异隔,但它较难和浅显的黑洞或白洞模型差异。首要的差异是FRW模型中的事情穹界与黑洞或白洞的界说不同。在白洞的事情穹界之外的世界限能够向曩昔永久延申且不触摸奇点,但FRW的世界理论中一切的世界限都从奇点宣布。

那么,大爆破是不是一个黑洞或白洞呢?

在前面的文章中我一向慎重地评论,规范的FRW大爆破模型与黑洞或白洞有所不同。但实在的世界或许与FRW世界不同,至此,咱们能够消除它是一个黑洞或白洞的或许性了吗?我不会持续进一步评论如奇点是否实在存在的问题,我将会假定广义相对论是正确的。

在之前关于大爆破是一个黑洞的争辩仍然存在。黑洞的奇点存在于未来,但至今对世界的观测显着证明了大爆破是曩昔发作的。所以大爆破是一个白洞的或许性仍然存在。

FRW世界论中的首要假定是世界是微观均匀且各项同性的。也就是说,在必定时刻从任何方位向任何方向调查世界都是微观共同的。这一点从世界中数亿光年内的星系的散布十分均匀且各向同性能够得到证明。各项同性的世界布景辐射也是是世界均匀性的强壮证明,但咱们对世界的可观测规模被光速和世界的年纪所约束。咱们能够观测到的规模大约为100-200亿光年,大约是星系散布结构的100倍。

世界的散布均匀性一向是一个被争辩的论题。世界的巨细或许是咱们所能观测到的规模的数倍,当然也或许是无限大的。天文学家马丁里斯描绘咱们对世界的观测就像是从大海中飞行的船上能向四周观测的规模。当咱们的视界逾越近处波涛时,咱们看到的是没有多少细节的,无限延伸的海面。

在船上所看到的地平线只要几英里远,但大海却向四周延伸出至少几百英里。在地球上,即便咱们以最先进的望远镜看向世界,咱们的视界也会被约束在有限的规模之内。不管视界内的观测成果怎么,咱们都不能假定相同的成果必定会延伸到咱们的视界之外。因而世界的均匀性在咱们观测规模之外的众多空间中并不是必定的。咱们或许能够从逻辑上估测它的存在,但还无法证明。

所以,咱们有必要发问,是否有一个像FRW模型契合观测那样精确的世界白洞模型?人们一开始以为这个问题的答案是否定的,因为白洞(像黑洞那样)会构成对不同方向拉伸和紧缩的潮汐力。因而它们与咱们所观测到的成果都不同。但这不能作为定论,因为这只对不存在物质时的黑洞的时空建立。在恒星内部,潮汐力能够不存在。

一种契合世界观测的白洞的模型是关于恒星坍缩而构成黑洞的进程的反向进行。一个比较精确的简化是咱们能够疏忽压力,将恒星看作一团除重力外不具有内力球形尘云。恒星的坍缩已经有了许多的研讨,在1939年斯奈德和奥本海默宣布的研讨明确地解说了这一简化的景象。在没有压力时,恒星的坍缩能够被精确地以FRW解说世界大爆炸终究是什么?科学家猜想可能是黑洞?描绘其内部,以希瓦兹凯尔德解说描绘其外部。恒星内部的时空在坍缩期间坚持均匀和各向同性的状况。

接下来的问题是,假如上述的尘云星球大于咱们所能观测到的世界的规模,这一反向坍缩的星球的模型并不能与FRW模型差异。换句话说,咱们并不能彻底消除世界是一个巨大的白洞的或许,直到数十亿年后咱们能够观测到世界的鸿沟的景象。

咱们有必要认识到假如去掉关于世界均匀性和各向同性的假定,将会有许多不同的、乃至古怪的世界模型存在。这使得对世界推断出切当的定论变得十分困难,但这从未成为阻挠一些勇于幻想的天文学家考虑的理由。其间最令人兴奋的模型是C. Hellaby 在1987年提出的,他想象世界中由许多别离爆破的,但终究交融成为一体的白洞构成。这一猜测仅由广义相对论中的一条公式即可推导。

这儿将是对这一问题的最终一次评论。斯蒂文霍金以为量子理论的引进将使得白洞和黑洞的差异变得不那么显着。这是因为在‘霍金辐射’的机制中,黑洞将会失掉物质。(相对论FAQ中霍金辐射的章节有描绘。)一个在周边辐射中坚持着热量守恒的黑洞或许在时刻中是对称的,即它与白洞是相同的。这一理论至今仍有争议,但一旦建立,将意味着世界既是黑洞也是白洞。或许现实将会愈加古怪,但谁知道成果呢?

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. math-然

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