充滿(mǎn)原始黑洞的宇宙會(huì )是什么樣子？2016年，激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）團隊宣布，2015年9月檢測到的引力波信號源自距離地球約13億光年處兩個(gè)黑洞的碰撞。這是人類(lèi)首次發(fā)現引力波，讓全世界的研究者既驚訝又興奮。碰撞產(chǎn)生引力波的兩個(gè)黑洞，其質(zhì)量分別約為太陽(yáng)的36倍和29倍。
這一發(fā)現具有重大的意義，除了發(fā)現者榮獲2017年諾貝爾物理學(xué)獎外，也帶來(lái)了一個(gè)奇怪的小驚喜。形成這些時(shí)空漣漪的黑洞具有非常不一般的質(zhì)量，甚至足以開(kāi)啟一個(gè)令人著(zhù)迷的可能性：這兩個(gè)黑洞可能是在宇宙誕生不到一秒鐘的時(shí)候形成的。
黑洞的形成
天文學(xué)家已經(jīng)知道黑洞在現代宇宙中是如何形成的。首先要有一顆恒星，質(zhì)量越大越好，至少是太陽(yáng)質(zhì)量的8倍。接著(zhù)，等這顆恒星燃燒掉它所有可用的氫，通常這需要幾千萬(wàn)年，但在宇宙學(xué)尺度中，這點(diǎn)時(shí)間不算什么。
在這顆恒星的生命結束時(shí)，它會(huì )在巨大的能量中毀滅自己，這就是超新星爆發(fā)。在超新星爆發(fā)的火焰中，核心的密度可以達到一種足夠密集的狀態(tài)，以至于沒(méi)有任何東西可以抵抗其向內牽拉的引力。因此，在恒星向外爆發(fā)的同時(shí)，它的另一部分不斷向內坍縮、折疊，直至湮滅形成一個(gè)黑洞。
恒星質(zhì)量越大，其形成的黑洞就越大，這也是LIGO的探測結果如此有趣的原因。兩個(gè)相互碰撞的黑洞的質(zhì)量分別是太陽(yáng)的36倍和29倍。要制造出這么大的黑洞，要么是從一顆大得可怕的恒星開(kāi)始，其質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)100倍；要么需要有大量較小的黑洞，由它們合并形成大的黑洞。
目前，這兩種情況似乎都不太可能出現。如此巨大的恒星在宇宙中根本不存在（至少現在看來(lái)是這樣），而已知的黑洞合并也沒(méi)有常見(jiàn)到足以形成這樣的恒星。于是，天文學(xué)家想到，也許這些黑洞有另一個(gè)不同的起源。
大爆炸與黑洞
早期的宇宙是瘋狂的，當時(shí)的溫度和壓力是后來(lái)再也沒(méi)有出現過(guò)的，其中的相變過(guò)程震撼了整個(gè)宇宙，也改寫(xiě)了自然的法則。
在宇宙誕生時(shí)，如果條件合適，任何一團古老的氣體都可能會(huì )自發(fā)地縮小，形成任意大小的黑洞：質(zhì)量從幾千克到太陽(yáng)的數千倍不等。對于每個(gè)研究這些原始黑洞問(wèn)題的理論物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，至少存在一種假設的黑洞產(chǎn)生機制，能將暴脹理論和宇宙碰撞等一切內容囊括在內。
因此，在某種意義上，用原始黑洞來(lái)解釋LIGO探測到的宇宙早期結果并不困難：在這個(gè)理論中，黑洞具有合適的大小范圍和豐富程度，經(jīng)過(guò)幾十億年的演變，就一定會(huì )發(fā)生合并事件。但是，如果想讓宇宙充滿(mǎn)在大爆炸后極短時(shí)間內產(chǎn)生的黑洞，僅僅依靠碰撞、合并是不夠的。
在黑暗中尋找
充滿(mǎn)原始黑洞的宇宙會(huì )是什么樣的？這是一個(gè)很重要的問(wèn)題，如果要驗證上述假設，我們就需要回答這一問(wèn)題。一方面，黑洞可能會(huì )隨機地撞向其他物體，并通過(guò)引力吸引其他物體，這通常會(huì )造成混亂。
千克質(zhì)量的黑洞撞擊地球可能就會(huì )引發(fā)地震。一個(gè)平靜的黑洞可能會(huì )破壞聯(lián)星系統，或者擾亂整個(gè)矮星系。黑洞撞擊中子星可能引發(fā)可怕的爆炸。即使是假想的太陽(yáng)系第九行星也有可能是一個(gè)比網(wǎng)球還小的黑洞。
另外，在潛在可探測性方面，黑洞并不是百分之百全黑的：它們可能會(huì )通過(guò)量子力學(xué)過(guò)程發(fā)出微弱的光，這一過(guò)程被稱(chēng)為“霍金輻射”。大型黑洞幾乎不會(huì )發(fā)光：一個(gè)與太陽(yáng)質(zhì)量相當的黑洞每年都會(huì )輻射出一個(gè)光子，需要10^60年的時(shí)間才能失去全部質(zhì)量。但較小的黑洞可以在更短的時(shí)間內爆發(fā)，并在這個(gè)過(guò)程中釋放出巨大的能量。
爆發(fā)的黑洞可能破壞了早期宇宙，改變了元素的豐度或宇宙微波背景的外觀(guān)。這些黑洞還可能是我們在天空中看到的一些伽馬射線(xiàn)爆發(fā)的原因。
不過(guò)，盡管天文學(xué)家做了種種努力，仍然無(wú)法調和原始黑洞的存在與我們所看到的宇宙之間的關(guān)系。在理論上，對于每一種可能的觀(guān)測途徑，原始黑洞造成的混亂如此之嚴重，應該是能夠被我們探測到的。
換句話(huà)說(shuō)，盡管要解釋LIGO觀(guān)測到的合并黑洞的質(zhì)量十分困難，但如果這些黑洞所處的宇宙是原始的，那我們應該可以通過(guò)其他方式來(lái)進(jìn)行探測。
兩個(gè)黑洞碰撞的圖像，看起來(lái)跟太極頗為相似。
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