現實的宇宙還沒搞懂,咱就先不談虛擬的元宇宙。人的發展,乃至文明的發展有兩個方向,一個向外,去探索那個充滿了危險和敵意的外在宇宙;另一個向內,去創造一個自己喜歡的宇宙。哪個方向更好一些?抑或不分高下?相信大家一定有自己的判斷。
在過去的幾年裡,人類的引力波探測技術得到了突破性的發展。它發現了宇宙中黑洞的合併,並多次驗證了愛因斯坦的預言。但是在這個過程中人們發現了一個問題——我們發現的黑洞都比較大。
黑洞想象圖。
怎麼理解「比較大」這個說法呢?物理學家原本推測,這些發生合併的恒星級黑洞質量大部分都應該在太陽的40倍以下。但是引力波探測到的許多黑洞質量都超過了太陽的50倍,有一些甚至是太陽的100倍。
黑洞可以通過合併或吞噬物質長大,但是黑洞的合併是有機率的。宇宙誕生至今不過138億年,在有限的時間內出現這麼多的大黑洞,小黑洞的基數就會變得很大。而小黑洞是大質量恒星坍縮形成的,宇宙中的大質量恒星可沒有那麼多。大黑洞如果只能通過不斷地吞併小黑洞這一種方式來變大,那麼它們的數量就不應該有那麼多。
面對矛盾,人們提出了很多假說,但是這些假說通常很難成立。到目前為止還沒有一種理論可以通過單一的機制,很好地解釋這一現象。
最近來自多個大學的一些科學家又提出了一種新的構想。他們認為,無論是小黑洞還是大黑洞,它們都可以在宇宙的膨脹中獲取質量。
研究人員認為,通行的黑洞模型理論是建立在一個不會膨脹的宇宙基礎上的,愛因斯坦的方程在某種程度上是進行了簡化的。當然這也是無可厚非的,因為任何科學預言都只在有限的時間范圍內才是合理的。
就引力波探測而言,簡化也是一種實用的妥協。但是事實上,一次黑洞合併事件的發生,需要經歷數十億年的漸進過程。數十億年的時間,不但會讓一對黑洞合併,還會讓一個膨脹著的宇宙發生巨大的變化。假如我們把宇宙膨脹這一因素考慮進去,我們就會發現一種令人吃驚的可能性:黑洞的質量會隨著宇宙的膨脹而逐漸增長。
能夠展現這一現象的最好載體是我們熟悉的光。光的波長會隨著宇宙的膨脹而逐漸變長,所不同的是光會一點點失去能量。研究人員對一種相反的可能性進行了考察:假如黑洞能夠隨宇宙的膨脹同步長大,情況又當如何?
為了驗證這一猜想,研究人員模擬了數百萬對恒星的演化過程。這些恒星中的每一對都會演化成黑洞,並且一旦當它們變成黑洞,它們的質量都會隨宇宙的膨脹同步增長。
類比結果顯示,當這些成雙成對的黑洞發生合併時,它們的質量都要比它們剛剛誕生時大。不僅如此,最終發生合併的黑洞數量也要比原本估計的多很多。研究人員還將類比得到的資料和引力波探測得到資料進行了對比,結果發現兩者竟然吻合得很好。
這是一個相當「簡單」的理論模型,研究人員承認,之所以如此認真地對它進行了探討,非常重要的一點是他們無需對當前的恒星演化理論進行修改。
但是無論如何,現在距離我們真正揭開黑洞質量變大之謎為時尚早。一方面即使黑洞質量真的會隨宇宙膨脹而變大,我們也不知道其中的原因;另一方面我們對黑洞合併過程中的許多細節也還一無所知。