宇宙現有的物質總量的史瓦西半徑遠大於現在的宇宙半徑,是否意味著我們是一個超級黑洞?

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宇宙的半徑?據我所知,宇宙到底有多大目前還是一個未知數吧,為什麼會覺得我們的宇宙會是一個超級黑洞?如果宇宙是一個超級黑洞的話,那麼我們應該都是基本粒子,而不是現在的樣子。


我們的宇宙到底是怎麼誕生的?目前最為廣泛接受的理論是我們的宇宙誕生於一場大爆炸之中,而在大爆炸之前宇宙是一個密度無限大,體積無限小的奇點,其實這個奇點就可以說是一個黑洞,只不過在宇宙誕生之前,空間都沒有形成,所以奇點和黑洞還是有很大的不同的,黑洞中心是一個奇點,但是一個奇點並不能代表一個黑洞。

如果宇宙是從一個奇點中誕生出來的,那麼宇宙就顯然不是一個黑洞,要想了解黑洞這個概念,那麼就不得不提到“史瓦西半徑”這個專業名詞。史瓦西半徑的概念其實並不複雜,它指的是一個物體在質量不變的情況下,想要成為黑洞所需要達到的最大半徑,如果物體的半徑無法達到史瓦西半徑,它就無法成為一個黑洞。同理而言,如果一個物體的直徑小於它的史瓦西半徑,那麼它就會成為一個黑洞。


題目中提到宇宙的實際直徑遠小於它的史瓦西半徑,所以據此推測宇宙是一個巨大的黑洞,其實這是不精確的,一方面關於宇宙到底有多大,我們一無所知,我們只知道宇宙的年齡有138億歲,然後宇宙的直徑有930億光年,但是930億光年之外有什麼呢?我們還不得而知,另一方面,宇宙的質量到底有多大,我們能說得清嗎?我想這是說不清的。如果我們的宇宙是一個巨大的黑洞的話,那麼宇宙之中的黑洞又是什麼呢?難道說每一個黑洞都是一個新的宇宙嗎?

現在我們還無法得到宇宙的全貌,所以我們不知道宇宙到底是什麼樣子的,我們根據收集到的宇宙微波背景輻射,只能得到一個大致的宇宙輪廓,所以說,也並不能排除宇宙是一個巨大的黑洞的可能性,但是黑洞裡面真的可能有生命存在嗎?不是說一旦進入黑洞的物質,都會被還原成基本粒子狀態,目前看來,人類還得先探清楚黑洞的內部到底是什麼樣子的才能來討論題目中的這個問題。


鏡像科普


可以這麼認為,至少以目前的人類對宇宙的一些觀測和計算結果是支持這個結論的,這就是黑洞宇宙模型(black hole cosmology)。這個模型表明,我們所在的宇宙空間只不過是在一個黑洞的內部。

對於宇宙的起源,我們比較熟悉的是宇宙大爆炸理論,這也是目前主流的宇宙學模型,除此之外,也存在著不少非主流的宇宙學模型,黑洞宇宙模型就是其中之一。對於黑洞模型的擁護者而言,通過計算與對比找到了有關我們這個宇宙與黑洞一些相似的地方。

首先,從我們對宇宙的觀察中知道宇宙是在加速膨脹,並且距離我們越遠的地方物體,其遠離我們的速度也就越快。這就意味著,只要星系距離我們足夠遠,其退行的速度會達到光速,這個距離我們稱為哈勃半徑(Hubble Radius),也是說是我們可觀測宇宙的半徑。因為在哈勃半徑以外的星系,遠離我們的速度將超過光速,這些星系對於我們來說就再也無法獲取它的任何信息了(因為信息傳播的速度不能超過光速)。這點與黑洞的視界性狀相似,黑洞視界內外的信息是無法“交流”的,哈勃半徑就彷彿一個超大的“黑洞視界”把我們給包起來了,雖然我們是被包著,但我們自己定義是在視界的外面——insideout black hole。

其次,除了觀測,還有根據已知計算的結果。關於黑洞的大小,一般以“史瓦西半徑”為參考,

式中我們可以看到,史瓦西半徑只和物體的質量有關,任何物體,如果它的半徑小於史瓦西半徑,它就會坍縮成一個黑洞。我們可以看看一些已知熟悉的天體史瓦西半徑有多大,

地球的史瓦西半徑——約為8.86毫米,

太陽的史瓦西半徑——約為3千米,

銀河系的史瓦西半徑(質量按太陽的一萬億倍計算)——大約是3×10^15米,也就是3萬億公里。

我們目前已知可觀測宇宙的質量是6×10^53千克,那麼計算出的史瓦西半徑約為400多億光年,這與現在對可觀測宇宙的大小(半徑約450億光年)十分接近,並且,根據這個結果測得的宇宙平均密度——約2×10^-31克/立方厘米與目前的天文觀測結果顯示的宇宙平均密度——約4.5×10^-31克/立方厘米只相差了一倍。

另外,我們這個宇宙在逐漸冷卻,而黑洞的一個特性就是越小的黑洞溫度越高。

從這些方面看,宇宙確實如同一個黑洞,但我們要看到,嚴格意義上,兩者是有著本質的不同。以視界為例。對於黑洞,視界是一個嚴格的單向邊界,物質和信息只能從一側通向另一側。對於所有的觀測者,視界的位置都是同樣的。而宇宙的視界,僅僅是對地球上的觀測者而言有些特殊,對於宇宙兩端的觀測者而言,視界的大小可以相同,視界本身對於兩者而言並非是單向邊界,在宇宙中也並不特殊。 更重要的是,對於黑洞中心的奇點是廣義相對論與量子力學都無法解釋的一個點,但我們現在看到的這個宇宙並沒有這樣的奇點。

因此,關於黑洞宇宙模型,目前更多的是一種猜想,還沒有到一種假說的程度,並且,除了一些黑洞與宇宙看似相似的地方外,目前還沒有足夠的天文觀測證據來支撐這一模型。關於宇宙是一個黑洞的猜想,目前來看,更多的是也僅僅存在喻上的意義。雖然宇宙大爆炸也起源於一個量子力學和廣義相對論都失效的物理奇點。但從這個意義上,黑洞和宇宙起源的終極解釋,還是需要建立新的量子引力論。


清明的星空


宇宙當然不是黑洞,如果是黑洞就沒有你我他。因為理論上黑洞裡都是同一性的東西,這就是霍金的“黑洞無毛”理論。

“黑洞無毛”理論是霍金、卡特爾等科學家1973年嚴格證明了的一個理論,就是當黑洞形成後,只剩下質量、角動量、電荷等幾個物理量,這是三個不能變為電磁輻射的守恆量,而其他的一切信息都會喪失。這個其他一切信息就是所謂的“毛髮”,所以戲稱為“黑洞無毛”。

而我們現在的世界多姿多彩的,不但有你我他,還有豬牛羊,還有萬千世界,星系星球,怎麼會是黑洞呢?或許這些“聰明人”又會說,你這是井底之蛙,就不能放開來想一想,那是黑洞外觀察黑洞內的事物無法瞭解,是我們三維空間觀察超時空的理解。而我們現在是在黑洞裡,別的維度觀察我們也看不到裡面,也不知道我們現在的樣子而已。

當然,你可以放開來讓自己的思維任意信馬由韁,但這些胡說八道有什麼根據呢?

科學只相信發現和觀測事實,或者經過實驗驗證的理論,一定要說我們是在黑洞裡、宇宙就是一個黑洞的人,有經得起數理邏輯和實驗檢驗的理論嗎?

提出這種猜想的一個重要理由就是史瓦西半徑,認為我們的宇宙大大小於史瓦西半徑,很多朋友都計算了我們這個可觀測宇宙的史瓦西半徑,有的說約為400多億公里,有的精確算出因為938.6億光年。這個計算依據就是可觀測宇宙質量是6×10^53千克。

但大家考慮了嗎,我們宇宙到底有多大,至今尚無定論,這個可觀測宇宙也還是一個理論數值,並沒有得到真正的觀測證實。而且宇宙還有不可觀測的一面,這一面到底有多大誰也說不清楚。

這個不可觀測宇宙在於宇宙的兩個視界。

一個是大爆炸開始一直到30萬年這段時間,宇宙是無光的,是無法觀測的,因此形成了一個過去不可觀測的視界,這個視界經歷了暴漲時期,在短短的10^-33秒時間裡,宇宙經歷了10^100次加速,這是一種什麼樣的速度啊。而且這後來還膨脹了30萬年,這是一個巨大不可測的空間。

現在證實了引力波的存在,這給觀測這段過去視界提供了一種可能,但宇宙大爆炸那一霎那的引力波會被我們收到嗎?

還有一個就是至今宇宙還是在以超光速膨脹。根據2013年歐洲航空局利用普朗克衛星測量計算的結果,哈勃常數值為67.80±0.77(km/s)/Mpc,也就是說在326萬光年距離處,宇宙膨脹的速度為每秒67.8公里。根據宇宙各向同性均勻膨脹的觀測事實,465億光年半徑的可觀測宇宙整體膨脹速度為967086公里/每秒,是光速的3倍多。

這樣就導致距離我們很遙遠的星系之光永遠也傳不回來,就永遠也不知道有多少星系看不到,因此這裡有一個未來視界

,這個未來視界有多大,誰也不知道。

因此,憑我們現在對宇宙的觀測數據,怎麼能夠計算出真正宇宙的史瓦西半徑呢?

所以,我們現在的宇宙不是黑洞。大爆炸理論認為,我們宇宙就是由一個無限小、無限曲率、無限密度、無限高溫的奇點爆炸生成的。可以理解為我們宇宙是一個巨大黑洞爆炸而生成的,因為黑洞中心就是一個奇點。

大爆炸後,這個宇宙一直在膨脹,但還有一部分保留了奇點的性質,這就是宇宙邊界無限曲率,可以理解為這個奇點膨脹到了這麼大。

我們是一個三維空間的宇宙,我們三維事物永遠突破不了這個空間,就是因為有這個無限曲率在制約著我們。基於此,科學家才推演出宇宙有界無邊這個猜想。我們永遠都出不了這個邊界,無限曲率會使我們的航行沿著曲率航行,看起來是走直線,實際上是時空彎曲的路線,這樣我們走來走去就會走回原點。

當然人類憑現在的技術和想象無論如何也到不了宇宙邊緣,因此這個理論就永遠是一個猜想。

宇宙最終有可能會成為一個黑洞。

有一種宇宙終結理論認為,宇宙膨脹到一定的臨界點,就又會開始收縮,最終坍塌收縮成一個奇點,現有的宇宙消亡,一切歸於原點。

奇點是黑洞的中心,那麼我們宇宙奇點是巨大黑洞的中心嗎?

但那個時候,早就沒有了你我他。

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時空通訊


史瓦西半徑計算公式為:R=2GM/C^2,其中G為萬有引力常數,C為光速,都是常數,只有M一個變量,也就是說所謂宇宙的史瓦西半徑只與宇宙的質量有關。某些科學家估計宇宙的總質量大約為6×10^53kg,帶入公式計算得知宇宙的史瓦西半徑大約為940億光年,遠遠大於宇宙實際半徑460億光年!但這就一定能表明宇宙真的就是黑洞嗎?

通常情況下我們所說的宇宙指的是可觀測宇宙。由於宇宙一直在超光速膨脹,可觀測宇宙外到底是什麼我們不得而知,而且基本上永遠都不會知道,因為那裡的一切包括信息永遠都不會傳到地球,甚至不會傳到可觀測宇宙裡的任何地方。

不過,可以預見的是,可觀測宇宙外面仍舊會是宇宙,只不過是我們永遠無法達到的宇宙。所以,既然宇宙的大小都是不確定的,科學家們估計出來的宇宙質量顯然沒有太大的說服力,我們對宇宙的瞭解連冰山一角都談不少。

同時,宇宙中還存在目前我們瞭解甚少的東西,比如暗物質和暗能量,它們加起來佔了宇宙的95%,也就是說,我們見到的普通物質只佔了5%而已。

更重要的一點,任何結論都需要用事實和證據來說話,一味地以大膽的想象來下結論也沒有太大的實際意義,任何不能實驗或觀測的事物都沒有辯論的意義。黑洞是什麼?簡單說就是一種天體,一種吞噬一切的天體,依據這種科學理念,我們的宇宙不會是一個超級黑洞。

當然,確實還有一種猜測認為,我們的世界就是黑洞事件視界邊緣的全息投影,那裡彙集了太多的信息,我們的世界就是黑洞事件視界邊緣信息的映射!


宇宙探索


這個說法很不嚴謹。

此種說法根據如下公式計算:

大家都把m當成可以宇宙的質量,即m=6×10^53kg,那麼帶入史瓦西半徑公式,可得:rs=938.6億光年。這個半徑已經遠遠大於我們的可見宇宙半徑460億光年,所以據此估計我們的可見宇宙本身就應該在一個黑洞裡面,同樣整個宇宙如果物質密度均一的話,整個宇宙都應該在一個巨大的黑洞裡面。

這個說法的概括起來就是這樣一個思路:

概括起來就是如下的宇宙模型,每個宇宙都可以誕生黑洞,黑洞裡面自成一個宇宙。我們的宇宙只不過是更大宇宙裡面的一個黑洞而已。

但其實上面的論述存在問題,因為可見宇宙的質量並不準確,其次史瓦西解沒有考慮的宇宙常數項!

愛因斯坦場方程

其中史瓦西解釋描述的是靜止球對稱引力源外部的引力場,忽略了宇宙常數項,雖然這個值很小,在較小尺度下可以忽略。但是在整個宇宙尺度下就不行了,所以不能夠隨便用上面的史瓦西計算公式來描述我們的宇宙,因為我們的宇宙是膨脹的,而非靜態的!

當時史瓦西解的時候,愛因斯坦還沒有意識到宇宙是膨脹的,大家都覺得宇宙是靜止的!

同時,可見宇宙的質量估計也是有問題的,不準確的。所以上面的整個推導都是由問題的,不可信!

宇宙是黑洞的另外一種理解

上面的理解雖然不正確,但是科學家卻提出了另外一種解釋,我們的宇宙可能是某個黑洞視界上面的全信息膜,而且這個理論還發表在了2012年的nature上面。

該理論認為,由於熱力學第二定律認為信息/熵不會憑空消失,所以黑洞吸收物質之後會把這些信息儲存於視界上面。這樣,黑洞吸收的物質越多,則需要存儲的信息越多,所以視界也越大。而我們的宇宙,只不過是某個黑洞存儲在視界上全信息膜而已。宇宙的膨脹,只不過是黑洞視界的膨脹而已。


科學探秘頻道


互聯網到了推廣新物理的時候了。

回顧人類物理理論300年探索之路:

300年前牛頓創立了經典力學,經典力學雖然沒有明晰打開宇宙奧秘大門,但它觸碰到大門鑰匙的雛形,這個鑰匙雛形就是“作用力與反作用力”。經典力學之後的相對論和量子力學,它們離這把鑰匙雛形越走越遠,完全偏出物理軌道。時間來到300年後,《宇宙物理體系》敏銳察覺到這把鑰匙雛形,把它加工打磨之後變成“物質彈性原理”,終於打開宇宙大門。

《宇宙物理體系》簡介: 它全文9萬字,歷時6年完工。它對舊物理基礎概念定義作了一次全面檢查維修及重建。它以尋找物質基本性質即物性為突破口重建物理學。它增加了若干新的基礎概念定義。它完成了對宇宙大自然最基本最重要最普遍物象進行逐一解釋,且邏輯自洽。

《宇宙物理體系》28個短視頻目錄:

1《宇宙物理體系》

2物質和能量

3質量重量

4磁和電

5時空

6光

7浮力

8飽和原理

9信息傳播

10火箭發射

11蘋果下落

12磁鐵相吸

13地球繞太陽轉

14飛機上升

15太陽能量方式

16月球重力

17力分析

18力傳播

19力與速度

20傳播力

21受力分析

22宇宙機理

23望遠鏡

24物理用詞

25性質和量

26生命

27力分析舉例

28摩擦力


天山我才


先不說現在的宇宙總質量的史瓦西半徑是否大於宇宙半徑,實際上我們只能用可觀測宇宙來討論,因為在可觀測宇宙之外的宇宙跟我們已經沒關係了。

囉嗦了一堆我是想說,史瓦西半徑是基於史瓦西度規的,史瓦西度規所定義的是真空靜態球對稱非自旋,能量動量為0的時空度規。很顯然我們的宇宙並不屬於這樣的簡單時空,也就是我們的宇宙並不適合這個解。

(史瓦西)

其實有一件事很好理解,就是宇宙可能存在的暗能量,它是包含在宇宙總質量裡面的,但它產生的並不是引力作用,而是引力的反作用,它導致了宇宙加速膨脹,因此在它的作用下,即使忽略初始的宇宙膨脹,單單考慮暗能量作用下的宇宙,它都是動態的。

(使宇宙加速膨脹的“暗能量”)

對於一個膨脹著的動態宇宙,它的時空曲率不再是單純由其內部的物質總量決定,而是由膨脹率或收縮率與物質總量共同決定。而時空曲率才是決定我們的宇宙對於“外界”是不是一個黑洞。

我們知道黑洞就是指由事件視界包裹的一個時空區域,在這個時空區域內的信息,包括光是傳播不出來的。那麼按照這個標準,當宇宙的時空曲率為正的時候,宇宙是彎曲閉合的,任何信息包括光同樣傳播不出去,而是會在一個有限的區域內傳播,雖然由於宇宙膨脹,這個有限區域的大小是動態的,但由於時空曲率為正的情況下,宇宙膨脹的速率是持續下降並最終停止的,因此宇宙的最終大小是一個有限的值。而當存在這樣一個有限的值,我們就可以認為這個宇宙是一個黑洞,因為它的信息包括光只能在有限的區域內傳播,雖然它並不是由史瓦西度規得到的 。

(不同膨脹率下的宇宙)

然而我們的宇宙目前觀測到的情況並非如此,它的時空曲率似乎並不是正的,因為它膨脹得太快了。根據目前的觀測數據,我們宇宙的時空曲率很可能是0或者負,在這兩種情況下,宇宙都是開放的,它不具有一個有限的大小,因此它不會是一個黑洞。


(不同時空曲率的宇宙)


星宇飄零2099


這個想法就是現今的黑洞宇宙模型理論。我們知道當一定質量的物質濃縮到非常小的體積,密度達到恐怖的地步,這就是恐怖的宇宙天體黑洞了。

這是黑洞史瓦西半徑的計算公式:r=2GM/c^2,在黑洞宇宙模型中,將哈勃半徑以內的所有物質壓縮成一個黑洞(什麼是哈勃半徑呢?我們知道宇宙是在膨脹,距離我們足夠遠的地方星系遠離我們的速度將會達到或超越光速,哈勃半徑就是指的是那些遠離速度達到光速的星系距離地球的距離,這個就是哈勃半徑。)

把可觀測宇宙的質量代入那個公式,可以知道這個史瓦西半徑與哈勃半徑近似相等,由此可知,可觀測宇宙已經是一個黑洞了。

對於宇宙膨脹是怎麼解釋呢?

黑洞宇宙的膨脹就是史瓦西半徑的增加,也就是黑洞在吞噬物質,體積增大。所以黑洞內部看的話就像是膨脹。

對於黑洞宇宙理論,尚處於猜測理論階段,並不被主流科學認可,是一種類宇宙學,現今的認知告訴我們宇宙可能是平坦的宇宙,沒有邊。

個人淺見,歡迎評論!


科學船塢


答:這是一個很好的想法,但是宇宙和黑洞還是有著本質的區別;黑洞內部到底是什麼,現在科學上都沒有明確的答案,所以這個想法也不能說錯吧!


黑洞是天文學中常見的名詞,表示引力大到連光也無法逃離的天體,在一個黑洞附近,光線無法逃離的區域,對應半徑叫做史瓦西半徑,可以由如下公式給出:

如果我們把可觀測宇宙質量大約m=10^54kg,帶入上面公式,可以估計出對應的史瓦西半徑為1500億光年,已經遠遠超過了可觀測宇宙的實際半徑460億光年。


如此來看的話,我們宇宙或許真如一個黑洞一般,人類被限制在這個黑洞之中,永遠無法逃離出去;甚至一些猜想說,在宇宙中的黑洞裡,或許就是另外一個小宇宙,本質上和我們宇宙沒有區別。

這個想法確實很好,也很有趣,但仔細分析後會發現,我們宇宙和黑洞有著本質的區別。首先黑洞的質量,全部集中在黑洞奇點處,進入黑洞的物質無法按照原路返回。


但是在我們宇宙中(或者說可觀測宇宙內),由於宇宙的各向同性,星系的分佈大體上是均勻的;我們在可觀測宇宙邊緣,同時會受到可觀測宇宙之外的宇宙引力,這樣的引力相互抵消後,理論上是可以走出可觀測宇宙的,這和黑洞的性質完全不一樣。

不過目前科學上還無法定量描述黑洞內部的情況,至於黑洞內部有什麼?以及我們宇宙是否是一個黑洞的問題!都只能說是猜想,雖然沒有科學依據,但萬一猜對了也說不準。


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二 .用物理質量可變導致的引力不可線性疊加取代愛因斯坦方程數學形式上的非線性——新引力公式成為了廣義相對論的新版本

根據量子理論的時間-空間表象與能量-動量表象之間的共軛對易關係,將式(1)應用到光子,通過鐘的校準手續,可推導出Schwarzschild度規。類Casimir壓力公式(1)中引力質量與慣性質量不只是等效,而且是同一的。式(1)聯合廣義相對性原理可推導出愛因斯坦方程:

R μ ν - (1/2) g μ ν R = - 8 π G T μ ν / c 2 (2)

。無需等效原理的假設,GR可從QFT推導出,成為QFT的唯象表示。反過來,從GR卻推導不出QFT,正如從熱力學推導不出統計物理一樣。但是,從公式(2)能推導出公式(1),證明如下:

1990年H.Bondi[2]從愛因斯坦方程式(2)推導出一個結論:“無論怎樣的局部變化(如形變),孤立物體的質量是守恆的。在感應的轉移中,兩物體之間的能量的運動能夠容易地被它們的質量變化描繪出來。”此結論來自引力源所產生的引力場g μ ν 對源T μ ν 的反作用。由Bondi的結論和力的定義可得:

f GR = ∂ (m v ) / ∂ t = m (∂ v / ∂ t )+ v (∂ m / ∂ t)

= f P GR + f C GR (3)

當質量是不變的,(∂m/∂t) = 0,意味著質量可以產生引力場但引力場不能使質量發生變化。也就是說,質量是一個不變的參量,第四維動量i m c將完全與三維動量P無關。或者說,能量與動量將不再組成四維矢量和張量。從而引力方程不再是非線性的而是線性的,愛因斯坦方程就退化為牛頓三定律加引力定律。所以有:

f P GR = m(∂ v / ∂ t )= -(G m M / r 2 )r/r = m a (3a)

由狹義相對論公式:E = E K + m 0 c 2,P 2- (E /c) 2 =0,∂ E / ∂ t = c ∂P / ∂ t可得:

c2 ∂ m / ∂ t = ∂E / ∂ t = c ∂ P/ ∂ t = c f P GR = - c G m M / r 2,或

fCGR = v (∂m / ∂t)= - (GmM / r2)v / c (3b)

我們又從GR推導出了新引力公式。新引力公式與GR可以相互導出,兩者就完全等效。f PGR對應於三維動量P的變化率,f C GR對應於第四維動量i m c的變化率。廣義相對論不但可用四維度規的形式表述,還可直接用質量的變化來反映(或取代)第四維動量的變化。使廣義相對論表述得更簡單,物理意義更明確,形式上也更接近於牛頓力學。


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