大爆炸不是起点？宇宙或从黑洞内部诞生
新研究颠覆传统：大爆炸可能发生在黑洞内部！通过引力坍缩与量子反弹，宇宙从高密度状态“回弹”形成，解释了宇宙膨胀与平滑性。
宇宙的起源究竟是什么？我们常将大爆炸视为一切的起点——那个空间、时间与物质瞬间诞生的奇点。然而，想象一下，如果这并非开端，而是某种更熟悉却又颠覆性的过程呢？在一篇发表在《物理评论D》的新论文中，我们提出了一种大胆的假设：大爆炸或许是某个巨大黑洞内部的一次“反弹”，而非宇宙的绝对起点。
传统的宇宙学模型以大爆炸为核心，辅以宇宙暴胀理论，解释了宇宙的结构与演化。它成功地描绘了星系的分布和宇宙的膨胀，但却留下了一些令人困扰的谜团。比如，大爆炸模型始于一个无限密度的奇点，那里物理定律完全失效，这不仅是个技术难题，更暗示我们对宇宙开端的理解可能存在根本缺陷。为了解释宇宙的平滑与大规模结构，科学家们引入了“宇宙暴胀”这一短暂的快速膨胀阶段，依靠一种未知的场驱动。后来，为了解释今天观测到的加速膨胀，又加入了神秘的暗能量。这些“补丁”虽然让模型运转良好，却依赖于我们从未直接观测到的新成分。
我们的新模型从一个截然不同的视角出发——向内而非向外。我们不再试图追溯一个膨胀宇宙的起点，而是探究当物质过度密集时会发生什么。黑洞的形成是个熟悉的过程：恒星在引力作用下坍缩，形成了连光都无法逃脱的事件视界。然而，事件视界内的世界依然是个谜。1965年，英国物理学家Roger Penrose证明，引力坍缩必然导致奇点，这一理论后来被Stephen Hawking等人扩展，成为大爆炸奇点假说的基石。这项成就不仅为Penrose赢得2020年诺贝尔物理学奖，还启发了Hawking的畅销书《时间简史》。但有一个关键问题：这些“奇点定理”基于经典物理，适用于宏观物体。而在极端密度下，量子力学的效应不可忽视，故事可能会完全不同。
通过精确的数学分析，我们发现引力坍缩并不一定以奇点告终。我们的计算表明，当物质坍缩到极高密度时，宇宙的尺度会以一种双曲函数的形式随时间变化。简单来说，坍缩的物质云在达到极限密度后会停止收缩，并开始向外反弹，进入一个新的膨胀阶段。这种反弹的关键在于量子排斥原理，它规定相同粒子(如费米子)无法占据完全相同的量子态。这意味着，坍缩中的粒子无法被无限压缩，坍缩会在某个临界点停止并逆转。更令人惊叹的是，这一过程完全基于广义相对论和量子力学的基本原理，无需引入奇异的场、额外维度或推测性物理。
这种“黑洞宇宙”模型描绘了一个与我们宇宙惊人相似的世界。更令人兴奋的是，反弹过程自然产生了两个加速膨胀阶段——类似于宇宙暴胀和暗能量驱动的膨胀——但这些并非来自未知的场，而是反弹本身的物理特性。比如，早期暴胀可以看作是反弹后物质的快速分散，而晚期的加速膨胀则可能是反弹后遗留的引力效应。这种模型不仅避免了奇点问题，还为宇宙的平滑性、平坦性和大规模结构提供了新的解释。
更妙的是，这个模型并非空想，而是可以验证的。它预测宇宙具有微小的正空间曲率——不像完全平坦，而是略微弯曲，就像地球的表面。正在进行的欧几里得任务等观测项目可能验证这一曲率的存在。此外，模型还对宇宙当前的膨胀速率做出了预测，这与已有观测数据相符。想象一下，如果未来的望远镜捕捉到这些微弱的曲率信号，我们对宇宙起源的认知将被彻底改写。
“黑洞宇宙”不仅解决了传统宇宙学的技术难题，还为其他未解之谜提供了新思路。比如，超大质量黑洞的起源、暗物质的本质，以及星系的层次形成，都可能与坍缩和反弹过程中形成的遗迹物体(如黑洞)有关。未来的空间任务，如Arrakhis，将通过研究星系周围的恒星晕和卫星星系等难以探测的结构，进一步揭示暗物质和星系演化的秘密。
这一模型还赋予了我们全新的宇宙观。在这个框架下，我们的整个可观测宇宙可能只是某个更大“母宇宙”中黑洞内部的一部分。我们并非独一无二的存在，就像伽利略挑战地心说时揭示的，地球并非宇宙的中心。我们见证的不是从无到有的创生，而是一个由引力和量子力学交织塑造的宇宙循环。正如Penrose曾暗示，宇宙的故事可能远比我们想象的更深邃、更连贯。
