宇宙中最大黑洞是什么？

2025-02-11 17:57:23

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回答1：

答案是现代科学中的一个最惊人的设想：宇宙本身。

要弄懂为什么这个答案并非妄言，必须介绍一些宇宙学的基本知识。现代宇宙学家已经超越了人类为求得一个可认识和无疑虑的宇宙图像所编过的神话和所作过的玄想，他们有三个观测事实，在对之作了仔细的物理解释后，就能据以反推出宇宙的过去历史。星系的运动，轻元素（指氢、氘和氦，它们不是在恒生中产生的）的相对丰度，以及均匀的宇宙辐射，全都表明宇宙在自极高密、极高温的大爆炸状态以来的150亿年中一直在膨胀。

观测已经提供了对宇宙历史的透视，然而只有理论才能猜测宇宙的未来。由于决定大尺度物理结构的是引力，爱因斯坦广义相对论给出了与过去的状态相符的宇宙学模型。关于将来，则有两个可能的解答：一个膨胀再收缩的宇宙，在时间上和空间上都是有限的；或者是一个无限地膨胀的宇宙(与某些宇宙学家有的流行观念相反，宇宙在时间上的无限并不意味着在空间上的无限)。

宇宙中物质的平均密度决定着宇宙未来的命运。如果密度小于临界值10-29克/立方厘米(相当于每立方米的空间里有六个氢原子)，则宇宙的引力场不足以束缚住物质，宇宙将继续无休止地膨胀。相反，如果平均密度大于临界值，则引力终将使宇宙停止膨胀并重新收缩，在1000亿年内宇宙将坍缩成一种与大爆炸相反的状态，不妨叫作大挤压。

无论宇宙的最后命运如何(宇宙密度的实际测量值稍小于临界值，但还不能由此得出“开放”宇宙的结论，因为并非所有的物质都已被观测到)，黑洞都将是其中的主角。普林斯顿高级学术研究所的弗里曼?戴森和伦敦大学的雅玛尔?伊思兰已经研究了持续膨胀的宇宙的长时期演化(见伊思兰的著作《宇宙的最终命运》，剑桥大学出版社1983年)。虽然宇宙已经存在了150亿年，这种长时间的物理过程尚未开始，但迟早将会来临。在大约1027年里，所有已熄灭的恒星都将聚集在星系中心，成为1011M⊙质量的大黑洞。星系团中星系轨道运动的能量也将由于引力辐射而消散，在大约1031年里星系都将落到团的中心，并聚合成1015M⊙质量的超巨型黑洞。在更大得多的时间尺度上，反过程即黑洞的量子蒸发将会发生。恒星级黑洞将在1067年里蒸发，星系级巨型黑洞需要1097年，超巨型黑洞则需要10106年。作为能量和熵的最后蓄积，黑洞将变得与白洞类似，把自己的物质散布到膨胀的宇宙中。

戴森最后问自己，面对宇宙不可避免地变得稀薄和冷却这种不利的条件，高级文明能否通过从黑洞中提取能量来无限期地维持生存?这个设想使人回忆起一些典型的科学幻想故事，而与现代粒子物理的一个预测相抵触，那就是，质子并不是永存的，而是会在大约1032年后衰变(现有实验并未证实关于质子寿命的这个预测)。那么，远在黑洞开始释放其能量之前，所有的物理结构和生命组织就都已消亡。

现在来考查一下时间上和空间上都有限的膨胀—收缩宇宙的后果。使宇宙成为一个闭合系统所需的最低密度是一个质量为1023M⊙、半径为400亿光年的黑洞的平均密度(黑洞的平均密度是随其半径的增大而减小的)，而对我们的宇宙而言，光所走过的最大距离不超过150亿光年。这就是说宇宙是在其史瓦西半径之内，能由此得出结论说我们是生活在一个极其巨大的黑洞内部吗?

更深入地作一番考虑，就会发现有一系列的理论证据支持黑洞宇宙的假设。广义相对论证明，如果恒星类似于一团压强为零、密度均匀的球状“云”，即类似于充满于宇宙的星系气体，则云的内部几何与闭合宇宙的几何完全一致，而且内部和外部几何在云的表面完好地相连接。

另一方面，闭合的膨胀一收缩宇宙也有一个视界，即这样一个时空边界，在其之外的事件是我们所不可联络的，因为那些事件的光信号不能到达我们这里。这个宇宙学视界(不要与粒子视界相混淆，后者是指在一个给定时刻宇宙中可观测部分的空间边界)是与将来奇点(即大挤压)相联系着，从内部看，它就像黑洞视界从外部看时规定着黑洞的边界一样(事实上闭合宇宙的最大半径与它在外部观测者眼中的史瓦西半径精确相等)。

因此可以想象，如果宇宙是闭合的，就必定有一个外部世界，我们的宇宙是其中的一个隐藏在黑洞内的区域。显然，如果这个(仍令人迷惑不解的)假设能得到证明，宇宙学将展开一个全新的领域。

例如，科学家们首先想知道的是，我们的宇宙是怎样成为一个黑洞的。它是外部宇宙中的一个原初黑洞呢，还是由一个1023M⊙质量的“超级恒星”的引力坍缩而形成的呢?这样看来，外部宇宙就不是真空，那里的星系(或许是由我们完全不知道的物质组成的)可以整个地掉进我们的宇宙。

宇宙作为一个黑洞的最吸引人的结果将是黑洞内物质完全出乎意料的行为。广义相对论指出，恒星在史瓦西半径以内的引力收缩必定以中心奇点为终结。但是，广义相对论是不完整的。由于没有量子引力理论，我们必须承认对支配黑洞内物质行为的定律实际上一无所知。膨胀—收缩的黑洞宇宙似乎暗示着，黑洞内的引力坍缩可以在奇点之前停止。物质的某种最后阻抗，例如一种只在很小距离上才显示出来的强排斥作用，可能造成坍缩恒星的物质“反弹”，类似地，整个宇宙就在极密状态和充满史瓦西球内部的膨胀状态之间无限地振荡。

黑洞宇宙理论最后提出的问题是关于我们宇宙的唯一性。我们的封闭宇宙相对于外部宇宙是处于什么地位呢?也许可以有一个套一个的宇宙等级，也就是黑洞之中又有黑洞。最新的物理理论允许这种“气泡宇宙”的存在。

这些有点过度的猜测更像是幻想而不是真实。它们在学术机构的研究工作中并不怎么受重视，因为它们实在延伸得超出我们的实际知识太远，而对科学的真正进展又没有什么帮助。或许有一天我们能拥有赖以回答这些问题的理论工具，但是我们决不要欺骗自己：所有这些理论都建立在想象之上，而现实常常与想象大不相同。为了抓住真实世界的哪怕是一个碎片，我们必须用自己的脑和手工作，做千百次的测量，而不是依靠那些过于优美的主意和理论。

但是黑洞的出现无疑标志着一场革命的开始，这是变化着的思想和理论世界的革命，也是恒星、星系和宇宙本身的命运正在缓慢地展示出来的真实世界的革命。但是所有的革命都有隐藏的危险。作为毛里斯?梅特林克(MauriceMaeterlink)一句格言的释义，黑洞一词仍然常常只是掩盖我们无知的一件豪华伪装。

回答2：

宇宙中质量最大的黑洞现已探测到，其质量是太阳的1960亿倍。同时，通过在这个巨大黑洞旁的小型黑洞的观测，天文学家用较强的重力场作用现象证实了爱因斯坦的相对论。

回答3：

宇宙最大黑洞是什么？

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