愛因斯坦的廣義相對(duì)論極其成功，但我們知道它在黑洞中心和大爆炸時(shí)都失敗了。這兩者都涉及將物質(zhì)壓縮到無限密度，它們是廣義相對(duì)論數(shù)學(xué)崩潰的奇點(diǎn)。事實(shí)證明，黑洞和大爆炸有許多共同點(diǎn)，它們?cè)跀?shù)學(xué)上的相似之處導(dǎo)致一些物理學(xué)家相信大爆炸實(shí)際上是一個(gè)巨大黑洞的奇點(diǎn)。在本文中，我們將弄清楚這個(gè)想法的本質(zhì)。

黑洞與大爆炸

任何一塊物質(zhì)如果縮小到極限，它就會(huì)陷入自身的引力中。在廣義相對(duì)論中，它就會(huì)形成一個(gè)被事件視界包圍的無限密度的奇點(diǎn)。我們可以將事件視界想象成一條以光速流動(dòng)的空間河流，沒有任何東西么能逆流而上。從外部看，黑洞在太空中就像一個(gè)黑色球體，因?yàn)榧词故枪庖矡o法從事件視界逃逸。

宇宙也有一個(gè)奇點(diǎn)和一個(gè)事件視界。宇宙的奇點(diǎn)就是大爆炸，我們認(rèn)為它是宇宙開始時(shí)的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)時(shí)所有物質(zhì)都被壓縮到無限密度，并且空間中的所有點(diǎn)都重疊。從宇宙大爆炸開始，空間就開始擴(kuò)大并持續(xù)擴(kuò)大，這種擴(kuò)大為我們提供了宇宙的事件視界。如果空間到處都在均勻膨脹，那么宇宙的某些遙遠(yuǎn)區(qū)域正以超過光速的速度遠(yuǎn)離我們。這意味著在特定距離處有一個(gè)表面，它代表了我們觀察的極限，因?yàn)槲覀冇肋h(yuǎn)無法知道在該表面之外發(fā)生的任何事件，這就是宇宙的事件視界。

測(cè)地線

黑洞和宇宙之間有著驚人的相似之處，但它們也有著明顯的區(qū)別。黑洞奇點(diǎn)在我們看來是黑洞空間中的一個(gè)無限密度點(diǎn)，大爆炸奇點(diǎn)也是一個(gè)包含所有空間的無限密度點(diǎn)。大爆炸奇點(diǎn)和黑洞奇點(diǎn)都占據(jù)了所有空間，然而不同之處在于，大爆炸奇點(diǎn)存在于過去的所有空間中，而黑洞奇點(diǎn)存在于未來的所有黑洞空間中。

這個(gè)區(qū)別可能有很多人看不懂，在這里可能需要更多的解釋。在廣義相對(duì)論中，不受力作用的物體遵循稱為測(cè)地線的東西，它是可以通過彎曲時(shí)空的最短路徑。可以在空間和時(shí)間的某些點(diǎn)定義測(cè)地線，然后可以向前和向后追蹤該測(cè)地線。我們可以追蹤測(cè)地線到無限的未來，或者一直追溯到大爆炸。測(cè)地線通常不會(huì)結(jié)束，除非遇到奇點(diǎn)。

事實(shí)上，在廣義相對(duì)論中，奇點(diǎn)被定義為測(cè)地線的端點(diǎn)。如果我們向前追尋，會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中的所有測(cè)地線聚集在一起并在大爆炸時(shí)終止，我們稱大爆炸為過去的奇點(diǎn)。而黑洞包含一個(gè)未來的奇點(diǎn)，這意味著黑洞時(shí)空中的所有測(cè)地線都在未來的奇點(diǎn)處結(jié)束。黑洞奇點(diǎn)是生活在事件視界之下的時(shí)空包羅萬象的未來，就像大爆炸是外部宇宙的包羅萬象的過去一樣，所以黑洞和大爆炸奇點(diǎn)看起來更相似了。

內(nèi)部區(qū)分

那么，我們?nèi)绾巫尯诙纯雌饋砀褚粋€(gè)宇宙？我們需要讓黑洞內(nèi)部的人在數(shù)學(xué)上與宇宙無法區(qū)分。

第一步是將黑洞奇點(diǎn)發(fā)送到過去，也就是時(shí)間反轉(zhuǎn)的黑洞。這實(shí)際上是一個(gè)白洞，它是愛因斯坦方程的有效解。白洞的類空間奇點(diǎn)被與黑洞事件視界相反的事件視界所包圍，空間以光速?gòu)膬?nèi)部穿過事件視界，物質(zhì)只能從內(nèi)向外跨越。這開始看起來像我們的宇宙：一個(gè)過去的、類似太空的奇點(diǎn)和一個(gè)無法從外部跨越的事件視界。

乍一看，盡管有相似之處，但白洞的內(nèi)部看起來一點(diǎn)也不像我們的宇宙。一方面，白洞是由純時(shí)空構(gòu)成的，而且它是高度不均勻的，當(dāng)您接近奇點(diǎn)時(shí)，曲率會(huì)發(fā)生顯著變化。但我們的宇宙似乎是高度同質(zhì)的，物質(zhì)和能量分布非常均勻，在早期宇宙中分布得更加均勻。而且時(shí)空曲率幾乎是平的，所以沒有像白色或黑洞那樣瘋狂的潮汐力。

弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃克（FLRW）度規(guī)很好地描述了我們宇宙的時(shí)空，有一種方法可以將FLRW指標(biāo)擬合到黑洞或白洞中，這樣里面的人就無法區(qū)分。事實(shí)上，可以通過在史瓦西度規(guī)中修補(bǔ)FLRW度規(guī)來描述坍縮恒星的時(shí)空，這樣就可以擁有從內(nèi)部看起來像黑洞的東西，但在仍在坍縮的恒星內(nèi)部看起來卻是舒適的平坦空間。(www.wS46.com)

如果它適用于黑洞，那么它應(yīng)該適用于白洞。只要翻轉(zhuǎn)時(shí)間軸，就會(huì)得到一個(gè)包含膨脹空間氣泡的白洞，看起來很像我們的宇宙。如果這樣一個(gè)白洞足夠大，它可能看起來和我們的宇宙一模一樣。這是印度物理學(xué)家Raj Pathria 在 1972年的黑洞宇宙學(xué)假設(shè)中提出的基本建議。

1999 年，斯蒂芬霍金曾表明，如果一個(gè)黑洞通過霍金輻射泄漏其質(zhì)量與它所吸收的輻射（例如，來自宇宙微波背景的輻射）完全平衡，那么白洞和黑洞之間的界線就變得不清楚，它們可能是同一個(gè)對(duì)象。

如果你把所有這些放在一起：一個(gè)非常具體的白洞結(jié)構(gòu)，讓它從內(nèi)部看起來像我們的宇宙，以及霍金將白洞等同于黑洞的論點(diǎn)，那么就有一種迂回的方式相信我們可能在黑洞中。

那么宇宙真的是一個(gè)黑洞嗎？前提是上述理論都是正確的。