一張包含一切的圖表表明,可觀測的宇宙可能是一個黑洞
一張看似簡單的圖表提出瞭如此多令人驚訝的問題。

從像這樣的超星系團到亞原子粒子,宇宙中的一切都被放在一張圖表上。
圖片來源:美國太空總署戈達德
這似乎是一個簡單的想法,令人驚訝的是以前沒有人做到過:在質量和半徑圖表上繪製從亞原子粒子到超星系團的所有內容。 現在有人已經做到了,結果提出了一些非常有趣,而且可能有點令人不安的問題。
圖表是以下人的作品查爾斯·萊恩韋弗博士和研究生維漢·帕特爾。 他們使用了雙對數圖,因為沒有其他方法可以涵蓋非常小和非常大之間的尺寸和質量的多個數量級。 帕特爾在一份報告中說,某些領域是已知法律「禁止」的,或「量子力學模糊了單一物體的真正本質」。陳述。
也許圖表中最重要的部分是黑線,它將標記為「重力禁止」的區域與熟悉物體佔據的空間分開。 沿著這條線有星羅棋布的黑洞。 「黑洞的質量越大,其密度就越低,」Lineweaver 向 IFLScience 解釋道。 儘管該線的左側部分是理論上的,但科學家已經觀察到了一系列黑洞尺寸,從坍縮恆星的殘餘物到最大的超大質量黑洞,並且這種模式被建立並被理解。

宇宙中所有類別物體的質量和半徑及其周圍禁區的對數圖。
圖片來源:Lineweaver 和 Patel,美國物理學雜誌 2023(抄送4.0)
然而,沿著這條線向上,我們了解到整個可觀測宇宙——位於「哈伯半徑」內的區域也在這條線上。 換句話說,如果黑洞和我們所能看到的宇宙一樣大,它的密度就會和宇宙相同。 那麼宇宙是一個黑洞嗎? 如果是這樣,那意味著什麼?
萊恩韋弗向 IFLScience 指出,他和帕特爾並不是第一個提出整個宇宙是否可能是黑洞的人,儘管其他人已經透過不同的方式得出了這個想法。 這個想法似乎不太可能,但兩人指出,宇宙一直處於危險之中。 它們的質量測量包括暗物質和暗能量(因為能量和質量是可以互換的)。 隨著哈伯半徑內的宇宙尺寸不斷增大,由於暗能量的增加,總質量/能量也隨之增加。 事實上,數十億年前,當哈伯半徑小得多時,宇宙也在這條線上,這使得它在這條線上的位置不太可能是巧合。
萊恩韋弗指出,可觀測宇宙周圍存在事件視界,就像黑洞周圍存在事件視界一樣,這只是它們之間的相似之處之一。
然而,萊恩韋弗也強調,宇宙是一個黑洞,需要假設哈伯半徑之外的一切都是零密度閔可夫斯基空間(對我們大多數人來說是真空)。 他告訴 IFLScience,包括 Lineweaver 在內的大多數宇宙學家都認為這是一個糟糕的假設,因此他的圖表的含義尚不清楚。 「宇宙可能是一個由內而外的黑洞,」他補充道。 總而言之,他認為這個問題需要更多的思考。
回答宇宙是否是黑洞,或至少是與之相關的東西的一個障礙是,我們不知道宇宙到底是什麼。裡面黑洞就像是。 「[黑洞線]左側不可能存在任何東西,」萊恩韋弗告訴 IFLScience。 「但是黑洞的中心不是可能比黑洞本身更密集嗎? 我們對這個中心一無所知。 正如史蒂芬·霍金和羅傑·彭羅斯指出的那樣,廣義相對論和量子力學對此類問題給出了不同的答案,而這種緊張關係尚未解決。

作為上圖的墊腳石,作者繪製了宇宙年齡與溫度的關係圖,以確定事物形成的時間。
圖片來源:Lineweaver 和 Patel,美國物理學雜誌 2023(抄送4.0)
這張圖表也提出了有關宇宙起源本質的問題。 「在較小的一端,量子力學和廣義相對論相遇的地方是可能的最小物體——一個瞬間n”,帕特爾說。 “這張圖表明,宇宙可能是從一個瞬子開始的,它具有特定的大小和質量,而不是奇點,奇點是無限密度和溫度的假設點。”
儘管“奇點”一詞與大霹靂Lineweaver 告訴 IFLScience,在公眾的想像中,人們應該更加熟悉瞬子,他認為瞬子是宇宙起源的更合理的模型。
該研究以開放取用方式發表在美國物理學雜誌。