文章图片
文章图片
文章图片
黑洞可以说是宇宙中最神秘的一种天体了 ， 尤其是对于它的内部是什么样 ， 直到今天仍然是众说纷纭 ， 但是对于黑洞的形成 ， 这个现在科学界倒是早已达成了共识 。 不过还有一种黑洞 ， 目前我们对他仍然知之甚少 ， 他是怎么形成的具体何时形成的 ， 甚至连他是否真的存在这些都不确定 ， 它就是今天我们要介绍的原初黑洞 。
从小质量的恒星级黑洞 ， 到上百倍太阳质量的中等质量黑洞 ， 再到星系中心可以达到百亿倍太阳质量的超大质量黑洞 ， 这些都是或多或少已经被我们观测到的常见黑洞 ， 他们有的是恒星坍缩直接形成的 ， 有的是通过吸积盘进食慢慢一点点吃大的 ， 有的则干脆是通过大鱼吃小鱼这种方式直接吞并形成的 。
按照传统观点 ， 无论是哪种方式 ， 他们最初的前身都来自于一颗颗的恒星 ， 但是对于某些像这种观点却无法予以解释 ， 比如说对于巨大的椭圆星系中心的超大质量黑洞来说 ， 即使是通过最高效的合并方式 ， 他成长的还是太快了 。 理论上今天的宇宙中不应该存在如此巨大的黑洞 ， 更别说那些诞生于宇宙早期的类星体了 ， 所以天体物理学家们认为 ， 宇宙中一定还有什么机制可以使这些超大质量黑洞得以快速形成 。 有一种理论认为 ， 这些超大质量黑洞当初或许根本不是由普通物质构成的 ， 而是直接由暗物质聚集而成 ， 这些暗物质黑洞就像一粒种子 ， 通过引力逐渐吸引周围的普通物质向他聚集 ， 直至形成百亿倍太阳质量的超大质量黑洞 ， 这些暗物质构成的种子黑洞就被认为是一种原初黑洞 。
目前认为宇宙年龄大约137亿岁 ， 第一批恒星最早出现在宇宙大约1亿岁的时候 ， 对于原初黑洞来说 ， 他们诞生的或许比这还要早得多得多 ， 甚至于形成在大爆炸之初 ， 这种不经历恒星坍缩 ， 直接诞生于宇宙形成之初的黑洞 ， 我们统称其为原初黑洞 。 其实原初黑洞这个概念最早火箭他们在上世纪70年代就有想到过 ， 虽然当时暴胀理论还没提出 ， 目前关于原初黑洞的主流理论认为它的本质是被暴胀放大的能量密度掌握 。
在大爆炸的第一秒内 ， 宇宙此时有着极高的温度和压强 ， 这时候如果空间密度出现些许扰动 ， 这些局部区域的波动就会被暴胀过程迅速放大 ， 当暴胀结束后 ， 一些密度涨落较大的区域就会因为质量足够大 ， 导致这部分区域直接坍缩成了一个黑洞 ， 其实对于原初黑洞的形成 。 这些基于暴胀的主流理论外 ， 还有很多其他理论 。 研究人员描述了一种由宇宙辐射时期的真空衰变导致的原初黑洞 ， 真空并非真的空无一物 ， 微观层面它一直存在着量子涨落 。 除此之外从量子场论的角度来看 ， 这里还存在着另外一种只有大小没有方向的标量场 ， 对于处于最低是能的真空来说 ， 它可以是标量场的零点也可以不是 ， 这是两种截然不同的真空形态 。
首先对于势能最低值等于标量场零点的真空来说 ， 你可以把它想象成一种气态的真空 ， 而对于势能最低点不等于标量场零点的真空来说 ， 它则像是一种液态的真空 ， 当然这里气态和液态都是打了引号的 ， 仅仅是种比喻 。 气态真空的特点是例子在他中间穿行畅通无阻 ， 而液态真空的特点是例子穿行的时候会受到一股阻力 ， 就和人在水中行走时的感觉一样 。 这种受组织效应带来的后果就是一些基本粒子因此获得了质量 ， 这正是希格斯机制的主要作用 ， 希格斯场就是这样的一种标量场 。
真空衰变就是通过温度变化 ， 空间从一种真空态转变为另一种真空态的这个过程 ， 属于物理学上的一级相变 ， 对于宇宙空间来说 ， 从当初大爆炸吸积热的气态真空逐渐冷却成液态真空 ， 这就是宇宙学上的一级相变 。 另外 ， 真空的这种相变对于整个宇宙来说并不是瞬间完成的 ， 它也需要一个过程 ， 就像沸腾的水中出现的气泡 ， 新的真空可能也像泡泡一样出现在宇宙空间的各个角落 。 这些真空泡由于压强差会迅速向外膨胀 ， 在这些泡泡不断变大的过程中 ， 不同泡泡之间会发生碰撞而合并 ， 最终整个宇宙将被这些泡泡填满 ， 至此宇宙空间完成了一次彻底的相变 。
推荐阅读
- 190光年外，科学家发现一颗比宇宙还古老的恒星，怎么回事？
- 美国公布UFO报告，外星人早已拜访地球？本质上还是地摊文学
- 释放能量是太阳10000亿倍，神秘天体曾困扰科学界近半个世纪
- 离奇消失的800恒星，它们去了哪里？
- 深度：或许外星人的存在方式超乎想象，人类的智力根本理解不了
- 银河系发生弯曲？为什么会这样？请看天文学家们的新假设
- 物理学大厦又要推倒重建？科学家发现宇宙“第五种基本力”
- 宇宙是什么？它涵盖了过去和将来的一切
- 太阳表面接近6000℃，地球都晒热了，太空为何却接近绝对零度？