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如果黑洞内是另一个宇宙,那会是?

2016-10-31  鸿蒙圣主

本文描述的是一个全新的宇宙模型。每个黑洞内都有一个宇宙(我们称之为洞内宇宙),我们的宇宙也只是上一层宇宙中的一个黑洞而已。黑洞的形成过程就是洞内宇宙的宇宙大爆炸,无限高的时空曲率让黑洞有限的视界内可以包含无穷的时空间。质量的相对性让黑洞有限的质量可以包含无限的物质。

(一)宇宙与黑洞

对比宇宙大爆炸不久后的宇宙与黑洞,我们不难发现很多共同点:都是一个奇点;密度无穷大;尺度无穷小;温度无穷高;有起点,没有终点(至少终点遥不可及)。但不同的是宇宙是不断膨胀的,尺度不断增加,密度和温度不断下降,宇宙的质量是非常巨大甚至是无穷的。黑洞是塌陷的,尺度是有限的,黑洞的质量也是有限的。但时空间是相对的,可压缩的,黑洞有限的尺度可以包含无穷的时空间。如果质量也是相对的,黑洞有限的质量也可以包含无穷多的物质。这样,黑洞里就完全可以容纳一个宇宙。

(二)黑洞内的宇宙

要让黑洞容纳一个宇宙,必须解决两个问题,一个是时空间问题,一个是质量问题。

1,黑洞的时空间。黑洞周围的时空间是极度扭曲的,可以说黑洞的时空间是被压缩了的。越接近黑洞中心,时空间被压缩的程度越高。黑洞内层的周长可能会比外层的更大,这就形成了一个内大外小的空间。但从洞内宇宙的角度去观察,情况将是内外倒置。从洞内宇宙的角度去观察,黑洞的视界是洞内宇宙中心的白洞,物质和能量从白洞中喷出。黑洞的中心是洞内宇宙最外层的宇宙边缘,时空间在那里不断地产生。黑洞的时间更是相对的,微型黑洞的寿命很短,但可能包含了其洞内宇宙演变的全过程。这样,黑洞就有无限的时空间,足以容纳一个宇宙。以黑洞的视界为势能零点基准面,黑洞内物质的势能都是负数,如果物质与黑洞视界之间产生了新的空间,物质的负势能将会增加,因此黑洞新产生的空间具有负能量。而根据能量守恒,产生新的空间时,必然会产生新的能量。

2,黑洞的质量。从黑洞外看,黑洞的质量是有限的,它怎么去容纳宇宙的无限物质呢?要解决这个问题,我们先来分析一下引力场。对两个相对静止的物体,引力F=GMm/R^2。但是,引力场是有传播速度的,假如两个物体以超过引力场传播速度的速度分离时,它们的引力场将永远无法到达对方,也就是引力为零。当然,目前普遍认为引力场是以光速传播的,而光速是不可超越的。那么,当两个物体以无限接近光速分的速度分离时,它们之间的引力又如何呢?假设引力场是一种波,根据相对论,当两个物体以无限接近光速分的速度分离时,引力场(波)将会极大地“红移”,引力会极大地减弱,接近于零。当两个物体以无限接近光速的速度靠近时,引力场(波)将会极大地“蓝移”,引力会接近无穷大。如果黑洞内的物质都以无限接近光速的速度远离黑洞外,它们的引力场将会极大地减弱。整个洞内宇宙的引力场被极大减弱后,就成了黑洞对外的引力场,引力场所对应的质量就是黑洞的质量。所以黑洞有限的质量是可以包含无限的物质的。

(三)黑洞的形成

黑洞的形成过程就是洞内宇宙的宇宙大爆炸。黑洞形成前是一个垂死的恒星,或是一颗吸积至临界质量的中子星或夸克星。就在黑洞形成的一刹那,全新的时空间产生了,原来的物质之间被插入了新的时空间,原来的物质迅速彼此远离,同时,能量伴随着空间的产生而产生。从洞内宇宙的角度观看,这是一团迅速彼此远离的能量,中间夹杂着少量的物质,这就是宇宙大爆炸。一个没有吸积和蒸发的黑洞,其质量和引力场是守恒的。黑洞形成以后,黑洞内的物质加速远离黑洞外,其对外的引力迅速减弱。但不断有新的物质由能量转化成,洞内宇宙的质量在不断增加,黑洞的对外质量和引力场保持守恒。黑洞形成后,黑洞的中心成为了一个很特殊的奇点。由于各个方向的引力相互抵消,其引力加速度为零,时空间也没有被压缩,这就象台风眼的无风区一样。在这个奇点周围,物质是靠得如此的近,引力使它们加速靠近中心,但新的时空间又在奇点周围不断产生,使它们永远无法到达中心点。从洞内宇宙的角度观看,黑洞的中心是宇宙的边缘。宇宙边缘的物质受到其边缘以外物质的吸引,加速向外运动。当然,这边缘以外的物质其实就是宇宙其他方向的边缘物质。而宇宙中的其他物质受到宇宙边缘物质的吸引,也加速向宇宙边缘运动,这就是宇宙加速膨胀的原因。黑洞内的宇宙是一个有中心白洞,有边缘,不均匀的宇宙。但我们所看到的宇宙是一个均匀的宇宙,这是为什么呢?这是因为宇宙有一定的能见度,能见度范围内的光红移后形成了背景辐射,能见度范围以外的宇宙被星际尘埃所遮挡。从中心白洞到宇宙边缘的距离远大于能见度范围,而能见度范围内的宇宙是基本均匀的。但白洞方向和宇宙边缘方向上的背景辐射还是存在了稍微的差异。

(四)黑洞的吸积

很多黑洞都具有吸积现象,那么吸积到黑洞中的物质会怎样呢?我们把物质进入黑洞的速度分解为与视界水平速的度和垂直的速度。黑洞的引力不会对物质形成水平加速度,因此物质不与除黑洞外其他物质产生力作用时,其水平速度是不变的。而在垂直方向,黑洞的引力大于物质的离心力,引力会让物质不断加速,而物质加速至接近光速后,对黑洞外的引力将会减弱,因此物质周围必然会产生新的时空间、能量、物质,以达到对外引力守恒。也就是任何物质进入黑洞都会不断膨胀,类似一场小规模的宇宙大爆炸,一个粒子进入黑洞,经过足够长的时间后,可能膨胀成为一片大于能见度范围的宇宙区域。当然,要将这个粒子送出黑洞,也要消耗这片宇宙区域的所有能量。

(五)黑洞的合并

黑洞之间会不断发生合并,星系中央的黑洞往往兼并了数量庞大的黑洞。那么黑洞合并后,洞内宇宙又会怎样呢?黑洞的中心以极为接近光速的速度远离黑洞外,所以另外一个黑洞的引力也永远无法到达黑洞中心,所以黑洞的中心永远无法真正合并。两个黑洞合并后,它们将共用一个视界,却依然有两个中心奇点。将形成一个有一个中心白洞,两个宇宙边缘的宇宙。多个黑洞合并将形成一个有一个中心白洞,多个宇宙边缘的宇宙。

(六)黑洞的蒸发

根据霍金的理论,黑洞是会蒸发的。黑洞通过吸入反粒子,辐射正粒子而损失质量。一个无吸积的黑洞将持续蒸发,直至“蒸干”,质量变为零。其洞内宇宙又会怎样呢?黑洞吸入的反粒子由洞内宇宙的中心白洞喷出,但反粒子永远无法追上之前进入黑洞的物质,它们在白洞周围形成一个由反粒子、负能量构成的反宇宙区域。随着黑洞质量的减少,黑洞视界会缩小,直至消失;洞内宇宙的中心白洞也会缩小,直至消失。一旦白洞消失,洞内宇宙与洞外宇宙的大门就关闭了。洞内宇宙成了一个中央为反宇宙区域,外围为正宇宙区域的宇宙,该宇宙仍在不断膨胀中。而对外,黑洞变成了一个质量、电荷为零,大小接近于零,几乎不与任何物质发生作用的奇点。但它依然存在于洞外宇宙。这奇点是什么?难道是上帝粒子?不得而知!

总结:

宇宙能爆炸一次,就能爆炸多次,但我们还没发现过其他宇宙大爆炸。或许每个新黑洞的形成都是一次宇宙大爆炸。每个宇宙都会形成许多新的黑洞,每个黑洞又包含一个新的宇宙,新的宇宙又再产生新的黑洞……。如果真的这样,宇宙将有n^k个,但第一层宇宙又是从何而来呢?这有待我们继续研究。

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