黑洞内部隐藏着暗能量?新研究揭开宇宙加速膨胀之谜

宇宙中的所有物质都携带能量,因为 E=mc²。但是宇宙包含不同类型的能量,目前最好的数据表明,宇宙中大约 4.5% 的能量是普通物质,22.7% 是暗物质,其余 72.8% 是暗能量。

暗能量和暗物质是两种不同的东西,具有不同的性质和不同的影响。暗物质是使星系旋转得更快的物质,而暗能量是宇宙加速膨胀的原因。暗能量是一种神秘的力量,我们不知道它是什么,也不知道它来自哪里。一些物理学家提出了各种理论来解释暗能量,比如宇宙常数、修正引力等。

然而,最近的一项研究表明,我们可能不需要任何新的理论来解释暗能量。相反,他们提出黑洞是暗能量的来源,并且是在黑洞的核心内部创造出来的。众所周知,黑洞既不是暗物质也不是暗能量,它们是由恒星坍缩和随后的合并或吸积形成的。

黑洞是由普通物质构成的,并且表现得像普通物质。4.5% 的普通物质中的绝大部分是气体,而黑洞最多占这 4.5% 的百分之几。这其实就已经告诉我们,黑洞是暗能量来源的想法是很难理解的,但对黑洞的新研究却告诉我们事实就是如此。

根据爱因斯坦的广义相对论,引力不是一种力,而是质量弯曲时空的结果。当一个物体的质量大到可以无限弯曲时空时,就会存在一个奇点:一个密度无穷大、体积为零的点。黑洞中心就存在这样一个奇点,在这一点上,所有已知的物理定律都失效了。

但进行这项研究的科学家认为,黑洞中不存在奇点。相反,他们认为时空可以被质量弯曲的程度是有限的。当达到这个极限时,时空就会变得有弹性,并像弹簧一样弹回来。这就产生了一种排斥力,将物质和能量从黑洞中心推开,这种力就是我们所说的暗能量。

新研究事实上有两篇论文。在第一篇论文中,他们对不同星系中的黑洞样本进行了扩展数据分析。粗略地说,星系越远它就越年轻。因此,这意味着他们的数据收集了不同年龄的星系,这使他们能够推断出星系中黑洞的增长速度。他们发现超大质量黑洞在 90 亿年内增长了大约 7 到 20 倍,这比黑洞合并和吸积模型预期的要快。

在另一篇论文中,他们提出黑洞可能是暗能量的来源。如果是这样的话,那么黑洞质量会随着宇宙膨胀而增长,这样就可以解释观测结果了。事实上,他们发现观察到的增长非常符合这个想法。此外,他们还提出了对该想法的其他测试,包括在低角动量下对宇宙微波背景的精确测量、伽马射线暴的强透镜作用以及一些难以验证的预测。

如果这个模型是正确的,这就意味着我们宇宙中的每个黑洞的核心都含有暗能量。由于我们的宇宙中有数十亿个黑洞,它们共同促成了我们宇宙的加速膨胀。

这个想法对我们理解宇宙学有一些暗示。首先,这意味着我们不需要添加任何新的东西来解释暗能量,黑洞与爱因斯坦的引力相结合就足够了。另一方面,暗能量在整个时空中不是均匀的,它取决于不同区域黑洞的数量和大小。

当然,这个想法仍然是推测的,需要更多的证据来支持。对于为什么超大质量黑洞增长得比预期快,除了黑洞内部的暗能量解释外,可能还有其他解释。但如果这个想法被证明是正确的,那么我们就可以解决两个谜团:黑洞中心发生了什么,暗能量是什么。

本文来自微信公众号:万象经验 (ID:UR4351),作者:Eugene Wang

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