宇宙现有的物质总量的史瓦西半径远大于现在的宇宙半径,是否意味着我们是一个超级黑洞?

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宇宙的半径?据我所知,宇宙到底有多大目前还是一个未知数吧,为什么会觉得我们的宇宙会是一个超级黑洞?如果宇宙是一个超级黑洞的话,那么我们应该都是基本粒子,而不是现在的样子。


我们的宇宙到底是怎么诞生的?目前最为广泛接受的理论是我们的宇宙诞生于一场大爆炸之中,而在大爆炸之前宇宙是一个密度无限大,体积无限小的奇点,其实这个奇点就可以说是一个黑洞,只不过在宇宙诞生之前,空间都没有形成,所以奇点和黑洞还是有很大的不同的,黑洞中心是一个奇点,但是一个奇点并不能代表一个黑洞。

如果宇宙是从一个奇点中诞生出来的,那么宇宙就显然不是一个黑洞,要想了解黑洞这个概念,那么就不得不提到“史瓦西半径”这个专业名词。史瓦西半径的概念其实并不复杂,它指的是一个物体在质量不变的情况下,想要成为黑洞所需要达到的最大半径,如果物体的半径无法达到史瓦西半径,它就无法成为一个黑洞。同理而言,如果一个物体的直径小于它的史瓦西半径,那么它就会成为一个黑洞。


题目中提到宇宙的实际直径远小于它的史瓦西半径,所以据此推测宇宙是一个巨大的黑洞,其实这是不精确的,一方面关于宇宙到底有多大,我们一无所知,我们只知道宇宙的年龄有138亿岁,然后宇宙的直径有930亿光年,但是930亿光年之外有什么呢?我们还不得而知,另一方面,宇宙的质量到底有多大,我们能说得清吗?我想这是说不清的。如果我们的宇宙是一个巨大的黑洞的话,那么宇宙之中的黑洞又是什么呢?难道说每一个黑洞都是一个新的宇宙吗?

现在我们还无法得到宇宙的全貌,所以我们不知道宇宙到底是什么样子的,我们根据收集到的宇宙微波背景辐射,只能得到一个大致的宇宙轮廓,所以说,也并不能排除宇宙是一个巨大的黑洞的可能性,但是黑洞里面真的可能有生命存在吗?不是说一旦进入黑洞的物质,都会被还原成基本粒子状态,目前看来,人类还得先探清楚黑洞的内部到底是什么样子的才能来讨论题目中的这个问题。


镜像科普


可以这么认为,至少以目前的人类对宇宙的一些观测和计算结果是支持这个结论的,这就是黑洞宇宙模型(black hole cosmology)。这个模型表明,我们所在的宇宙空间只不过是在一个黑洞的内部。

对于宇宙的起源,我们比较熟悉的是宇宙大爆炸理论,这也是目前主流的宇宙学模型,除此之外,也存在着不少非主流的宇宙学模型,黑洞宇宙模型就是其中之一。对于黑洞模型的拥护者而言,通过计算与对比找到了有关我们这个宇宙与黑洞一些相似的地方。

首先,从我们对宇宙的观察中知道宇宙是在加速膨胀,并且距离我们越远的地方物体,其远离我们的速度也就越快。这就意味着,只要星系距离我们足够远,其退行的速度会达到光速,这个距离我们称为哈勃半径(Hubble Radius),也是说是我们可观测宇宙的半径。因为在哈勃半径以外的星系,远离我们的速度将超过光速,这些星系对于我们来说就再也无法获取它的任何信息了(因为信息传播的速度不能超过光速)。这点与黑洞的视界性状相似,黑洞视界内外的信息是无法“交流”的,哈勃半径就仿佛一个超大的“黑洞视界”把我们给包起来了,虽然我们是被包着,但我们自己定义是在视界的外面——insideout black hole。

其次,除了观测,还有根据已知计算的结果。关于黑洞的大小,一般以“史瓦西半径”为参考,

式中我们可以看到,史瓦西半径只和物体的质量有关,任何物体,如果它的半径小于史瓦西半径,它就会坍缩成一个黑洞。我们可以看看一些已知熟悉的天体史瓦西半径有多大,

地球的史瓦西半径——约为8.86毫米,

太阳的史瓦西半径——约为3千米,

银河系的史瓦西半径(质量按太阳的一万亿倍计算)——大约是3×10^15米,也就是3万亿公里。

我们目前已知可观测宇宙的质量是6×10^53千克,那么计算出的史瓦西半径约为400多亿光年,这与现在对可观测宇宙的大小(半径约450亿光年)十分接近,并且,根据这个结果测得的宇宙平均密度——约2×10^-31克/立方厘米与目前的天文观测结果显示的宇宙平均密度——约4.5×10^-31克/立方厘米只相差了一倍。

另外,我们这个宇宙在逐渐冷却,而黑洞的一个特性就是越小的黑洞温度越高。

从这些方面看,宇宙确实如同一个黑洞,但我们要看到,严格意义上,两者是有着本质的不同。以视界为例。对于黑洞,视界是一个严格的单向边界,物质和信息只能从一侧通向另一侧。对于所有的观测者,视界的位置都是同样的。而宇宙的视界,仅仅是对地球上的观测者而言有些特殊,对于宇宙两端的观测者而言,视界的大小可以相同,视界本身对于两者而言并非是单向边界,在宇宙中也并不特殊。 更重要的是,对于黑洞中心的奇点是广义相对论与量子力学都无法解释的一个点,但我们现在看到的这个宇宙并没有这样的奇点。

因此,关于黑洞宇宙模型,目前更多的是一种猜想,还没有到一种假说的程度,并且,除了一些黑洞与宇宙看似相似的地方外,目前还没有足够的天文观测证据来支撑这一模型。关于宇宙是一个黑洞的猜想,目前来看,更多的是也仅仅存在喻上的意义。虽然宇宙大爆炸也起源于一个量子力学和广义相对论都失效的物理奇点。但从这个意义上,黑洞和宇宙起源的终极解释,还是需要建立新的量子引力论。


清明的星空


宇宙当然不是黑洞,如果是黑洞就没有你我他。因为理论上黑洞里都是同一性的东西,这就是霍金的“黑洞无毛”理论。

“黑洞无毛”理论是霍金、卡特尔等科学家1973年严格证明了的一个理论,就是当黑洞形成后,只剩下质量、角动量、电荷等几个物理量,这是三个不能变为电磁辐射的守恒量,而其他的一切信息都会丧失。这个其他一切信息就是所谓的“毛发”,所以戏称为“黑洞无毛”。

而我们现在的世界多姿多彩的,不但有你我他,还有猪牛羊,还有万千世界,星系星球,怎么会是黑洞呢?或许这些“聪明人”又会说,你这是井底之蛙,就不能放开来想一想,那是黑洞外观察黑洞内的事物无法了解,是我们三维空间观察超时空的理解。而我们现在是在黑洞里,别的维度观察我们也看不到里面,也不知道我们现在的样子而已。

当然,你可以放开来让自己的思维任意信马由缰,但这些胡说八道有什么根据呢?

科学只相信发现和观测事实,或者经过实验验证的理论,一定要说我们是在黑洞里、宇宙就是一个黑洞的人,有经得起数理逻辑和实验检验的理论吗?

提出这种猜想的一个重要理由就是史瓦西半径,认为我们的宇宙大大小于史瓦西半径,很多朋友都计算了我们这个可观测宇宙的史瓦西半径,有的说约为400多亿公里,有的精确算出因为938.6亿光年。这个计算依据就是可观测宇宙质量是6×10^53千克。

但大家考虑了吗,我们宇宙到底有多大,至今尚无定论,这个可观测宇宙也还是一个理论数值,并没有得到真正的观测证实。而且宇宙还有不可观测的一面,这一面到底有多大谁也说不清楚。

这个不可观测宇宙在于宇宙的两个视界。

一个是大爆炸开始一直到30万年这段时间,宇宙是无光的,是无法观测的,因此形成了一个过去不可观测的视界,这个视界经历了暴涨时期,在短短的10^-33秒时间里,宇宙经历了10^100次加速,这是一种什么样的速度啊。而且这后来还膨胀了30万年,这是一个巨大不可测的空间。

现在证实了引力波的存在,这给观测这段过去视界提供了一种可能,但宇宙大爆炸那一霎那的引力波会被我们收到吗?

还有一个就是至今宇宙还是在以超光速膨胀。根据2013年欧洲航空局利用普朗克卫星测量计算的结果,哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc,也就是说在326万光年距离处,宇宙膨胀的速度为每秒67.8公里。根据宇宙各向同性均匀膨胀的观测事实,465亿光年半径的可观测宇宙整体膨胀速度为967086公里/每秒,是光速的3倍多。

这样就导致距离我们很遥远的星系之光永远也传不回来,就永远也不知道有多少星系看不到,因此这里有一个未来视界

,这个未来视界有多大,谁也不知道。

因此,凭我们现在对宇宙的观测数据,怎么能够计算出真正宇宙的史瓦西半径呢?

所以,我们现在的宇宙不是黑洞。大爆炸理论认为,我们宇宙就是由一个无限小、无限曲率、无限密度、无限高温的奇点爆炸生成的。可以理解为我们宇宙是一个巨大黑洞爆炸而生成的,因为黑洞中心就是一个奇点。

大爆炸后,这个宇宙一直在膨胀,但还有一部分保留了奇点的性质,这就是宇宙边界无限曲率,可以理解为这个奇点膨胀到了这么大。

我们是一个三维空间的宇宙,我们三维事物永远突破不了这个空间,就是因为有这个无限曲率在制约着我们。基于此,科学家才推演出宇宙有界无边这个猜想。我们永远都出不了这个边界,无限曲率会使我们的航行沿着曲率航行,看起来是走直线,实际上是时空弯曲的路线,这样我们走来走去就会走回原点。

当然人类凭现在的技术和想象无论如何也到不了宇宙边缘,因此这个理论就永远是一个猜想。

宇宙最终有可能会成为一个黑洞。

有一种宇宙终结理论认为,宇宙膨胀到一定的临界点,就又会开始收缩,最终坍塌收缩成一个奇点,现有的宇宙消亡,一切归于原点。

奇点是黑洞的中心,那么我们宇宙奇点是巨大黑洞的中心吗?

但那个时候,早就没有了你我他。

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时空通讯


史瓦西半径计算公式为:R=2GM/C^2,其中G为万有引力常数,C为光速,都是常数,只有M一个变量,也就是说所谓宇宙的史瓦西半径只与宇宙的质量有关。某些科学家估计宇宙的总质量大约为6×10^53kg,带入公式计算得知宇宙的史瓦西半径大约为940亿光年,远远大于宇宙实际半径460亿光年!但这就一定能表明宇宙真的就是黑洞吗?

通常情况下我们所说的宇宙指的是可观测宇宙。由于宇宙一直在超光速膨胀,可观测宇宙外到底是什么我们不得而知,而且基本上永远都不会知道,因为那里的一切包括信息永远都不会传到地球,甚至不会传到可观测宇宙里的任何地方。

不过,可以预见的是,可观测宇宙外面仍旧会是宇宙,只不过是我们永远无法达到的宇宙。所以,既然宇宙的大小都是不确定的,科学家们估计出来的宇宙质量显然没有太大的说服力,我们对宇宙的了解连冰山一角都谈不少。

同时,宇宙中还存在目前我们了解甚少的东西,比如暗物质和暗能量,它们加起来占了宇宙的95%,也就是说,我们见到的普通物质只占了5%而已。

更重要的一点,任何结论都需要用事实和证据来说话,一味地以大胆的想象来下结论也没有太大的实际意义,任何不能实验或观测的事物都没有辩论的意义。黑洞是什么?简单说就是一种天体,一种吞噬一切的天体,依据这种科学理念,我们的宇宙不会是一个超级黑洞。

当然,确实还有一种猜测认为,我们的世界就是黑洞事件视界边缘的全息投影,那里汇集了太多的信息,我们的世界就是黑洞事件视界边缘信息的映射!


宇宙探索


这个说法很不严谨。

此种说法根据如下公式计算:

大家都把m当成可以宇宙的质量,即m=6×10^53kg,那么带入史瓦西半径公式,可得:rs=938.6亿光年。这个半径已经远远大于我们的可见宇宙半径460亿光年,所以据此估计我们的可见宇宙本身就应该在一个黑洞里面,同样整个宇宙如果物质密度均一的话,整个宇宙都应该在一个巨大的黑洞里面。

这个说法的概括起来就是这样一个思路:

概括起来就是如下的宇宙模型,每个宇宙都可以诞生黑洞,黑洞里面自成一个宇宙。我们的宇宙只不过是更大宇宙里面的一个黑洞而已。

但其实上面的论述存在问题,因为可见宇宙的质量并不准确,其次史瓦西解没有考虑的宇宙常数项!

爱因斯坦场方程

其中史瓦西解释描述的是静止球对称引力源外部的引力场,忽略了宇宙常数项,虽然这个值很小,在较小尺度下可以忽略。但是在整个宇宙尺度下就不行了,所以不能够随便用上面的史瓦西计算公式来描述我们的宇宙,因为我们的宇宙是膨胀的,而非静态的!

当时史瓦西解的时候,爱因斯坦还没有意识到宇宙是膨胀的,大家都觉得宇宙是静止的!

同时,可见宇宙的质量估计也是有问题的,不准确的。所以上面的整个推导都是由问题的,不可信!

宇宙是黑洞的另外一种理解

上面的理解虽然不正确,但是科学家却提出了另外一种解释,我们的宇宙可能是某个黑洞视界上面的全信息膜,而且这个理论还发表在了2012年的nature上面。

该理论认为,由于热力学第二定律认为信息/熵不会凭空消失,所以黑洞吸收物质之后会把这些信息储存于视界上面。这样,黑洞吸收的物质越多,则需要存储的信息越多,所以视界也越大。而我们的宇宙,只不过是某个黑洞存储在视界上全信息膜而已。宇宙的膨胀,只不过是黑洞视界的膨胀而已。


科学探秘频道


互联网到了推广新物理的时候了。

回顾人类物理理论300年探索之路:

300年前牛顿创立了经典力学,经典力学虽然没有明晰打开宇宙奥秘大门,但它触碰到大门钥匙的雏形,这个钥匙雏形就是“作用力与反作用力”。经典力学之后的相对论和量子力学,它们离这把钥匙雏形越走越远,完全偏出物理轨道。时间来到300年后,《宇宙物理体系》敏锐察觉到这把钥匙雏形,把它加工打磨之后变成“物质弹性原理”,终于打开宇宙大门。

《宇宙物理体系》简介: 它全文9万字,历时6年完工。它对旧物理基础概念定义作了一次全面检查维修及重建。它以寻找物质基本性质即物性为突破口重建物理学。它增加了若干新的基础概念定义。它完成了对宇宙大自然最基本最重要最普遍物象进行逐一解释,且逻辑自洽。

《宇宙物理体系》28个短视频目录:

1《宇宙物理体系》

2物质和能量

3质量重量

4磁和电

5时空

6光

7浮力

8饱和原理

9信息传播

10火箭发射

11苹果下落

12磁铁相吸

13地球绕太阳转

14飞机上升

15太阳能量方式

16月球重力

17力分析

18力传播

19力与速度

20传播力

21受力分析

22宇宙机理

23望远镜

24物理用词

25性质和量

26生命

27力分析举例

28摩擦力


天山我才


先不说现在的宇宙总质量的史瓦西半径是否大于宇宙半径,实际上我们只能用可观测宇宙来讨论,因为在可观测宇宙之外的宇宙跟我们已经没关系了。

啰嗦了一堆我是想说,史瓦西半径是基于史瓦西度规的,史瓦西度规所定义的是真空静态球对称非自旋,能量动量为0的时空度规。很显然我们的宇宙并不属于这样的简单时空,也就是我们的宇宙并不适合这个解。

(史瓦西)

其实有一件事很好理解,就是宇宙可能存在的暗能量,它是包含在宇宙总质量里面的,但它产生的并不是引力作用,而是引力的反作用,它导致了宇宙加速膨胀,因此在它的作用下,即使忽略初始的宇宙膨胀,单单考虑暗能量作用下的宇宙,它都是动态的。

(使宇宙加速膨胀的“暗能量”)

对于一个膨胀着的动态宇宙,它的时空曲率不再是单纯由其内部的物质总量决定,而是由膨胀率或收缩率与物质总量共同决定。而时空曲率才是决定我们的宇宙对于“外界”是不是一个黑洞。

我们知道黑洞就是指由事件视界包裹的一个时空区域,在这个时空区域内的信息,包括光是传播不出来的。那么按照这个标准,当宇宙的时空曲率为正的时候,宇宙是弯曲闭合的,任何信息包括光同样传播不出去,而是会在一个有限的区域内传播,虽然由于宇宙膨胀,这个有限区域的大小是动态的,但由于时空曲率为正的情况下,宇宙膨胀的速率是持续下降并最终停止的,因此宇宙的最终大小是一个有限的值。而当存在这样一个有限的值,我们就可以认为这个宇宙是一个黑洞,因为它的信息包括光只能在有限的区域内传播,虽然它并不是由史瓦西度规得到的 。

(不同膨胀率下的宇宙)

然而我们的宇宙目前观测到的情况并非如此,它的时空曲率似乎并不是正的,因为它膨胀得太快了。根据目前的观测数据,我们宇宙的时空曲率很可能是0或者负,在这两种情况下,宇宙都是开放的,它不具有一个有限的大小,因此它不会是一个黑洞。


(不同时空曲率的宇宙)


星宇飘零2099


这个想法就是现今的黑洞宇宙模型理论。我们知道当一定质量的物质浓缩到非常小的体积,密度达到恐怖的地步,这就是恐怖的宇宙天体黑洞了。

这是黑洞史瓦西半径的计算公式:r=2GM/c^2,在黑洞宇宙模型中,将哈勃半径以内的所有物质压缩成一个黑洞(什么是哈勃半径呢?我们知道宇宙是在膨胀,距离我们足够远的地方星系远离我们的速度将会达到或超越光速,哈勃半径就是指的是那些远离速度达到光速的星系距离地球的距离,这个就是哈勃半径。)

把可观测宇宙的质量代入那个公式,可以知道这个史瓦西半径与哈勃半径近似相等,由此可知,可观测宇宙已经是一个黑洞了。

对于宇宙膨胀是怎么解释呢?

黑洞宇宙的膨胀就是史瓦西半径的增加,也就是黑洞在吞噬物质,体积增大。所以黑洞内部看的话就像是膨胀。

对于黑洞宇宙理论,尚处于猜测理论阶段,并不被主流科学认可,是一种类宇宙学,现今的认知告诉我们宇宙可能是平坦的宇宙,没有边。

个人浅见,欢迎评论!


科学船坞


答:这是一个很好的想法,但是宇宙和黑洞还是有着本质的区别;黑洞内部到底是什么,现在科学上都没有明确的答案,所以这个想法也不能说错吧!


黑洞是天文学中常见的名词,表示引力大到连光也无法逃离的天体,在一个黑洞附近,光线无法逃离的区域,对应半径叫做史瓦西半径,可以由如下公式给出:

如果我们把可观测宇宙质量大约m=10^54kg,带入上面公式,可以估计出对应的史瓦西半径为1500亿光年,已经远远超过了可观测宇宙的实际半径460亿光年。


如此来看的话,我们宇宙或许真如一个黑洞一般,人类被限制在这个黑洞之中,永远无法逃离出去;甚至一些猜想说,在宇宙中的黑洞里,或许就是另外一个小宇宙,本质上和我们宇宙没有区别。

这个想法确实很好,也很有趣,但仔细分析后会发现,我们宇宙和黑洞有着本质的区别。首先黑洞的质量,全部集中在黑洞奇点处,进入黑洞的物质无法按照原路返回。


但是在我们宇宙中(或者说可观测宇宙内),由于宇宙的各向同性,星系的分布大体上是均匀的;我们在可观测宇宙边缘,同时会受到可观测宇宙之外的宇宙引力,这样的引力相互抵消后,理论上是可以走出可观测宇宙的,这和黑洞的性质完全不一样。

不过目前科学上还无法定量描述黑洞内部的情况,至于黑洞内部有什么?以及我们宇宙是否是一个黑洞的问题!都只能说是猜想,虽然没有科学依据,但万一猜对了也说不准。


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二 .用物理质量可变导致的引力不可线性叠加取代爱因斯坦方程数学形式上的非线性——新引力公式成为了广义相对论的新版本

根据量子理论的时间-空间表象与能量-动量表象之间的共轭对易关系,将式(1)应用到光子,通过钟的校准手续,可推导出Schwarzschild度规。类Casimir压力公式(1)中引力质量与惯性质量不只是等效,而且是同一的。式(1)联合广义相对性原理可推导出爱因斯坦方程:

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

。无需等效原理的假设,GR可从QFT推导出,成为QFT的唯象表示。反过来,从GR却推导不出QFT,正如从热力学推导不出统计物理一样。但是,从公式(2)能推导出公式(1),证明如下:

1990年H.Bondi[2]从爱因斯坦方程式(2)推导出一个结论:“无论怎样的局部变化(如形变),孤立物体的质量是守恒的。在感应的转移中,两物体之间的能量的运动能够容易地被它们的质量变化描绘出来。”此结论来自引力源所产生的引力场g μ ν 对源T μ ν 的反作用。由Bondi的结论和力的定义可得:

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

= f P GR + f C GR (3)

当质量是不变的,(∂m/∂t) = 0,意味着质量可以产生引力场但引力场不能使质量发生变化。也就是说,质量是一个不变的参量,第四维动量i m c将完全与三维动量P无关。或者说,能量与动量将不再组成四维矢量和张量。从而引力方程不再是非线性的而是线性的,爱因斯坦方程就退化为牛顿三定律加引力定律。所以有:

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

由狭义相对论公式: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)

我们又从GR推导出了新引力公式。新引力公式与GR可以相互导出,两者就完全等效。f PGR对应于三维动量P的变化率,f C GR对应于第四维动量i m c的变化率。广义相对论不但可用四维度规的形式表述,还可直接用质量的变化来反映(或取代)第四维动量的变化。使广义相对论表述得更简单,物理意义更明确,形式上也更接近于牛顿力学。


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