大爆炸时宇宙怎么没坍缩成黑洞？

我们知道，如今的宇宙极其空旷，如果把宇宙中的物质全部打散然后均匀分布，那么每立方米仅有 6 个氢原子！这相当于在地球这么大的空间里只有一粒沙！虽然如今的宇宙极度稀疏，但是按大爆炸理论来说，宇宙的早期应该非常致密。如果密度足够大就会形成黑洞的话，那为什么当时的宇宙没有直接坍缩成一个大黑洞呢？

根据广义相对论，当物质被压缩到足够小的尺度时，物质的密度足够大便会使周围的时空极度扭曲，扭曲到哪怕是光也无法从中逃脱，因此人们称其为黑洞。随着物质的质量不同，这个无法逃脱的范围也不相同，表现出来就是不同的黑洞大小。

自然界中的黑洞，通常是些大质量恒星死亡坍缩后形成的，也就是恒星级黑洞。除此之外还有更大的，比如星系中心那种超大质量黑洞，它们的质量甚至可以高达数百亿倍太阳质量。这只是已经在自然界中发现的天然存在的黑洞，而理论上来说，只要密度足够高，即使质量没那么大也可以成为黑洞。比如假如把你压缩到原子核大小，那么你就成为一个粒子级别的微型黑洞。可以看出，无论是大黑洞还是小黑洞，要想成为黑洞首先得有物质，而这正是大爆炸之初宇宙所缺少的。

刨去 t=0 时刻的大爆炸奇点不说，在 1 个普朗克时间之前（10^-43 秒）的普朗克时期，虽然此时宇宙的半径只有 1 个普朗克长度，但是这时的宇宙中并没有任何物质。不仅是物质，甚至连四大基本力这时候都还没有各自独立出来，此时它们还是统一在一起的“超力”。之后引力率先从超力中分离出来，虽然有了引力，但是此时宇宙中仍然没有任何可被称为物质的东西。

到了 10^-36 秒，这时候的宇宙发生了一次重要的相变，这次相变不仅使强力分离了出来，同时还诞生了一种只与正常物质存在微弱相互作用的大质量奇异粒子 —— 暗物质。虽然暗物质究竟是什么至今仍不清楚，但是可以肯定的是它们有引力作用。既然引力和物质都有了，这回总该能产生黑洞了吧？巧的是，还没等暗物质开始聚集，此时宇宙立刻进入了疯狂膨胀的暴胀时期。

暴胀是宇宙在极早期经历的一次极其短暂但是是指数级的快速膨胀。只用了 10^-33 秒的时间，整个宇宙膨胀了 10^26 倍，相当于从一个原子瞬间膨胀到一整个星系的规模！这个速度之快已经远远大于光速，此时的暗物质还没来得及聚集，就已经被均匀打散到了宇宙各处。有人可能会有疑问：那这物质的运动岂不超光速了吗？由于宇宙膨胀是空间自身的一种膨胀，并不是物质的真实运动，可以说只是一种视觉超光速，所以并不违背相对论。

综上所述，即使宇宙在早期有着足够高的密度，但是它本身并不会坍缩成黑洞。此外还有个关键的地方，这种“宇宙黑洞”和“宇宙中的黑洞”并不是一回事。平时我们说的黑洞，都是在宇宙空间中出现的，此处原本平坦的空间被质量弯曲了。也就是说黑洞也在空间中，它只是空间中一处特殊的地方。但是宇宙之外没有空间，至少没有我们所谓的这种空间，所以严格来说这种“宇宙黑洞”并不是广义相对论描述那种普通黑洞。

虽然宇宙本身无法变成黑洞，那宇宙中的物质或者说某种能量会不会坍缩成黑洞呢？

一些密度涨落确实可能会造成某些区域的密度足够高，从而产生一些小黑洞，它们可以被称为“原初黑洞”。但是对于宇宙所有物质整体坍缩成黑洞这事依然不可能，因为宇宙中物质的密度太过均匀了。

想象一个位于均匀球体中心的点，该点受到的所有方向上的合力正好相互抵消，此时合力正好为 0。就像假如把你安全送达地球的地心，那么此时的你将基本处于失重状态。

那对于中心以外的地方，那里的物质不还是可以聚集吗？别忘了，宇宙没有所谓的中心，或者说宇宙处处是中心，具体这就要说到宇宙的形状问题了。

之前我们说过，根据现阶段的观测数据，我们的宇宙整体上是平坦的。这个平坦不是说宇宙是个二维平面，而是说它整体曲率是 0，可以理解成它是一个三维的欧几里得空间。平坦的宇宙意味着什么呢？意味着我们宇宙可能是无限的，没有尽头。对于一个四面八方无限延伸且物质均匀分布的空间来说，不管你在哪它受到的合力都为 0。

你可能又会有疑问：宇宙不是经历了大爆炸的膨胀阶段吗，那它应该是从小变到大的呀，如果宇宙是无限的，那这个从小到大的过程又是怎么回事呢？

不得不说，这确实是个有意思且深刻的问题，只能说目前的观测结果对于这两种情况都是支持的。那我们该如何理解它呢？

在宇宙学里，当我们说宇宙从小变到大时，其实指的不是宇宙的总大小，而是宇宙的尺度因子。尺度因子可以理解为一个描述宇宙膨胀的参数。在大爆炸初期，宇宙的尺度因子非常小，也就是宇宙中的各点挨得非常近。随着时间流逝，这些点开始彼此远离，对应的就是尺度因子增大了。也就是说，说它变大只是内部各点之间的间距变大了，对于整个宇宙来说它可能本来就是无限大的。总之宇宙膨胀并不要求宇宙是无限还是有限，一个无限的宇宙仍然可以从一个非常致密的状态开始膨胀，从这点来看两者并不冲突。

我知道，这确实很难理解，它有点像我们以前介绍过的永恒暴胀的概念。我们的宇宙只是整个宇宙的一部分，只是一块已经停止了暴胀的区域。在这之外，要么是仍然处于暴胀的区域，要么是另一个已经停止暴胀的平行宇宙。

当然，不管是大爆炸还是平坦宇宙，又或是永恒暴胀理论，这些都只是基于现有观测证据的一些理论和猜想。所以呢，大家不用太在意宇宙大爆炸存不存在，宇宙到底有没有边界这些问题的答案。这些理论，甚至可以说所有的科学理论，它们都只代表了现阶段的正确。假如未来有新的颠覆性证据出现，那么理论随之修改就是了，大不了重新建立一套更完善的理论。但这并不意味着之前的理论就没有用，它们的存在对整个科学发展史来说，仍然有着承上启下的重要意义。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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