
从像这样的超星系团到亚原子粒子,宇宙中的一切都被放在一张图表上。
图片来源:美国宇航局戈达德
这似乎是一个简单的想法,令人惊讶的是以前没有人做到过:在质量和半径图表上绘制从亚原子粒子到超星系团的所有内容。现在有人已经做到了,结果提出了一些非常有趣,而且可能有点令人不安的问题。
图表是以下人的作品查尔斯·莱恩韦弗博士和研究生维汉·帕特尔。他们使用了双对数图,因为没有其他方法可以涵盖非常小和非常大之间的尺寸和质量的多个数量级。帕特尔在一份报告中说,某些领域是已知法律“禁止”的,或者“量子力学模糊了单一物体的真正本质”。陈述。
也许图表中最重要的部分是黑线,它将标记为“重力禁止”的区域与熟悉物体占据的空间分开。沿着这条线有星罗棋布的黑洞。 “黑洞的质量越大,其密度就越低,”Lineweaver 向 IFLScience 解释道。尽管该线的左侧部分是理论上的,但科学家们已经观察到了一系列黑洞尺寸,从坍缩恒星的残余物到最大的超大质量黑洞,并且这种模式被建立并被理解。

宇宙中所有类别物体的质量和半径及其周围禁区的对数图。
图片来源:Lineweaver 和 Patel,美国物理学杂志 2023(抄送4.0)
然而,沿着这条线向上,我们了解到整个可观测宇宙——位于“哈勃半径”内的区域也在这条线上。换句话说,如果黑洞和我们能看到的宇宙一样大,它的密度就会和宇宙相同。那么宇宙是一个黑洞吗?如果是这样,这意味着什么?
莱恩韦弗向 IFLScience 指出,他和帕特尔并不是第一个提出整个宇宙是否可能是黑洞的人,尽管其他人已经通过不同的方式得出了这个想法。这个想法似乎不太可能,但两人指出,宇宙一直处于危险之中。它们的质量测量包括暗物质和暗能量(因为能量和质量是可以互换的)。随着哈勃半径内的宇宙尺寸不断增大,由于暗能量的增加,总质量/能量也随之增大。事实上,数十亿年前,当哈勃半径小得多时,宇宙也在这条线上,这使得它在这条线上的位置不太可能是巧合。
莱恩韦弗指出,可观测宇宙周围存在事件视界,就像黑洞周围存在事件视界一样,这只是它们之间的相似之处之一。
然而,莱恩韦弗还强调,宇宙是一个黑洞,需要假设哈勃半径之外的一切都是零密度闵可夫斯基空间(对我们大多数人来说是真空)。他告诉 IFLScience,包括 Lineweaver 在内的大多数宇宙学家都认为这是一个糟糕的假设,因此他的图表的含义尚不清楚。 “宇宙可能是一个由内而外的黑洞,”他补充道。总而言之,他认为这个问题需要更多的思考。
回答宇宙是否是黑洞,或者至少是与之相关的东西的一个障碍是,我们不知道宇宙到底是什么。里面黑洞就像是。 “[黑洞线]左侧不可能存在任何东西,”莱恩韦弗告诉 IFLScience。 “但是黑洞的中心不是可能比黑洞本身更密集吗?我们对这个中心一无所知。”正如史蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯指出的那样,广义相对论和量子力学对此类问题给出了不同的答案,而且这种紧张关系尚未得到解决。

作为上图的垫脚石,作者绘制了宇宙年龄与温度的关系图,以确定事物形成的时间。
图片来源:Lineweaver 和 Patel,美国物理学杂志 2023(抄送4.0)
该图表还提出了有关宇宙起源本质的问题。 “在较小的一端,量子力学和广义相对论相遇的地方是可能的最小物体——一个瞬间n”,帕特尔说。 “这张图表明,宇宙可能是从一个瞬子开始的,它具有特定的尺寸和质量,而不是奇点,奇点是无限密度和温度的假设点。”
尽管“奇点”一词与大爆炸Lineweaver 告诉 IFLScience,在公众的想象中,人们应该更加熟悉瞬子,他认为瞬子是宇宙起源的更合理的模型。
该研究以开放获取方式发表在美国物理学杂志。