不可思議，根據(jù)韋伯望遠(yuǎn)鏡的觀測，我們的宇宙可能在一個(gè)黑洞里

大家好，我是魅力科學(xué)君，今天我們要聊的話題是，科學(xué)家根據(jù)韋伯望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)，提出了一個(gè)令人覺得不可思議的觀點(diǎn)，即：我們的宇宙可能在一個(gè)黑洞里。為什么這么說呢？這就要從星系的旋轉(zhuǎn)方向講起。

根據(jù)宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型，宇宙中星系的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)該是隨機(jī)的，而由于它們的旋轉(zhuǎn)方向只有順時(shí)針和逆時(shí)針這兩種，因此從整體上來講，宇宙中眾多星系向這兩種方向旋轉(zhuǎn)的概率應(yīng)該各占一半。

然而在一項(xiàng)名為“韋伯望遠(yuǎn)鏡高級(jí)深空星系外巡天”（JWST Advanced Deep Extragalactic Survey）的任務(wù)中，科學(xué)家對(duì)宇宙深處的數(shù)百個(gè)星系進(jìn)行了仔細(xì)觀測。

結(jié)果驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些星系的旋轉(zhuǎn)方向并沒有像理論預(yù)期的那樣“各占一半”，而是存在明顯的“偏好”——在它們之中，與我們銀河系旋轉(zhuǎn)方向相同的星系只有大約3分1。

（↑圖中的紅圈代表與銀河系旋轉(zhuǎn)方向相同的星系，藍(lán)圈代表與銀河系旋轉(zhuǎn)方向相反的星系）

科學(xué)家表示，由于這些星系非常古老（這是因?yàn)楣馑偈怯邢薜模晕覀冊谟钪嬷锌吹迷竭h(yuǎn)，所觀測到的星系就越古老），因此這種“旋轉(zhuǎn)偏好”，就強(qiáng)烈暗示了宇宙很可能是在某種旋轉(zhuǎn)過程中誕生的，而如果真是這樣的話，那這種現(xiàn)象就可以為“黑洞宇宙模型”提供實(shí)際觀測層面上的支持。

具體來講，在標(biāo)準(zhǔn)的廣義相對(duì)論中，物質(zhì)坍塌成黑洞后，會(huì)一直塌縮到一個(gè)體積為零、密度無限大的奇點(diǎn)，這是很難令人接受的。

而在“黑洞宇宙模型”中，物質(zhì)具備著一種被稱為“扭轉(zhuǎn)”（torsion）的性質(zhì)，在黑洞形成時(shí)的極端高密度條件下，這種“扭轉(zhuǎn)”會(huì)產(chǎn)生一種強(qiáng)大的排斥作用，這會(huì)讓坍縮過程在到達(dá)無限密度之前被阻止，于是奇點(diǎn)就不會(huì)出現(xiàn)，而是在達(dá)到一個(gè)極限密度后發(fā)生規(guī)模巨大的“反彈”（bounce）。

從黑洞內(nèi)部的時(shí)空演化角度來看，這種“反彈”發(fā)生之后，就是一個(gè)持續(xù)膨脹的過程。

另一方面，從理論上講，只要一個(gè)具有質(zhì)量的物體被壓縮到其半徑小于某個(gè)臨界值，就可能形成黑洞，這個(gè)臨界值稱為史瓦西半徑，可由公式“r = 2Gm / c^2” 描述（其中G為引力常數(shù)，m為物體質(zhì)量，c為光速）。

也就是說，史瓦西半徑與質(zhì)量成正比，而我們都知道，在物體的自然半徑是與質(zhì)量的立方根成正比的，據(jù)此可知，當(dāng)一個(gè)物體的質(zhì)量足夠大時(shí)，其史瓦西半徑將接近甚至等同于其自然半徑。

引人注目的是，科學(xué)家將可觀測宇宙的估算質(zhì)量代入史瓦西半徑計(jì)算公式，得到的結(jié)果是，可觀測宇宙對(duì)應(yīng)的史瓦西半徑約為150億至200億光年，這與可觀測宇宙的自然半徑大致相當(dāng)（注：這里不考慮宇宙的膨脹）。

所以“黑洞宇宙模型”認(rèn)為，我們所在的宇宙可能并非誕生于一次無中生有的“宇宙大爆炸”，而可能起源于另一個(gè)更大尺度宇宙中的黑洞形成過程。

根據(jù)該理論的描述，我們的宇宙可能是位于一個(gè)“母宇宙”中某個(gè)黑洞的內(nèi)部，它與這個(gè)“母宇宙”中其他的同級(jí)宇宙形成了“姐妹宇宙”的關(guān)系。

與此同時(shí)，我們宇宙中的黑洞也可能孕育出自己的“子宇宙”，而在“母宇宙”之外，還可能存在更大的“祖母宇宙”，如果空間無限，這種嵌套層級(jí)就可以無限延伸，如果空間有限，嵌套層級(jí)也將受到限制。

那么，這跟韋伯望遠(yuǎn)鏡觀測到的星系“旋轉(zhuǎn)偏好”又有什么關(guān)系呢？其實(shí)這很好理解。

簡單來講就是，因?yàn)橛钪嬷兴械奶祗w都在旋轉(zhuǎn)，所以如果我們的宇宙是在“母宇宙”中的某個(gè)黑洞里演化而來，那么這個(gè)黑洞也應(yīng)該是在旋轉(zhuǎn)的。

既然這個(gè)黑洞在旋轉(zhuǎn)，那它本身就具有角動(dòng)量，如此一來，在其內(nèi)部發(fā)生的“反彈”和隨后的時(shí)空膨脹過程中，這種角動(dòng)量就會(huì)在我們的宇宙中表現(xiàn)出一種整體上的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，雖然這種效應(yīng)會(huì)隨著宇宙膨脹不斷稀釋，但在早期形成的星系中，卻會(huì)留下明顯的“旋轉(zhuǎn)偏好”。

當(dāng)然了，就目前的情況來看，這也只能說是一種合理的推測，實(shí)際情況是否真是如此，還有待進(jìn)一步的探索。

參考資料：The distribution of galaxy rotation in JWST Advanced Deep Extragalactic Survey Open Access， Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 538, Issue 1, Pages 76–91, doi.org/10.1093/mnras/staf292