据space.com报道,詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)的新发现暗示我们所看到的一切可能都被封闭在一个黑洞之中。
这台耗资100亿美元的望远镜自2022年夏天开始观测宇宙,并发现深空中绝大多数的早期星系都在朝同一个方向旋转。约三分之二的星系顺时针旋转,而剩下的三分之一则逆时针旋转。
在一个随机的宇宙中,科学家预计应该有50%的星系朝一个方向旋转,而另外50%朝相反方向旋转。然而,这项新研究表明,星系的旋转方向可能存在某种偏好。
“目前仍不清楚导致这一现象的具体原因,但有两个可能解释,”研究团队负责人、卡尔·R·艾斯工程学院计算机科学副教授利奥·沙米尔表示。”其中一种解释是,宇宙在诞生时就已经在旋转。这一解释与黑洞宇宙学等理论相吻合,后者认为整个宇宙本身可能是一个更大宇宙中的黑洞内部。但如果宇宙确实是从旋转中诞生的,那就意味着现有的宇宙理论是不完整的。”
这项研究成果本月发表在《皇家天文学会月刊》上。
黑洞宇宙学,也被称为”施瓦西宇宙学”,提出我们的可观测宇宙可能是一个更大母宇宙中的黑洞内部。
这一理论最早由理论物理学家拉杰·库马尔·帕特里亚和数学家I. J. 古德提出,认为”施瓦西半径”(”事件视界”,即光线都无法逃脱的黑洞边界),可能正是我们可见宇宙的边界。
这还意味着,每一个黑洞都可能是通向另一个“子宇宙”的入口。这些宇宙对我们来说是不可观测的,因为同样被封闭在事件视界之内,这是一个光无法逃脱的单向屏障,意味着任何信息都无法从黑洞内部传递给外部观察者。
黑洞孕育新宇宙的理论由波兰理论物理学家、新黑文大学的尼科德姆·波普拉夫斯基提出。
黑洞的形成源于大质量恒星核心的塌缩,在其中心,物质的密度远远超出已知宇宙中的任何物质。根据波普拉夫斯基的理论,最终,物质的扭转效应与自旋之间的相互作用会变得极其强大,从而阻止物质无限压缩至奇点。
“相反,物质会达到一种有限但极端高密度的状态,停止塌缩,并像被压缩的弹簧一样发生反弹,然后迅速膨胀,”波普拉夫斯基解释道。“这种状态附近的极端强引力会导致强烈的粒子生成,使黑洞内部的质量增加多个数量级,并增强引力排斥力,从而推动反弹。”
这位科学家进一步指出,这种剧烈的反弹可能就是导致我们宇宙膨胀的原因,即我们现在所称的“大爆炸”事件。
“这会产生一个有限时间尺度的宇宙暴胀期,这解释了为什么我们今天观察到的宇宙在最大尺度上是平坦、均匀且各向同性的,”波普拉夫斯基说。
“在爱因斯坦广义相对论的扩展理论中,引力的扭转效应提供了一种合理的理论解释,即每个黑洞都在其内部孕育出一个新的子宇宙,并成为一个‘爱因斯坦-罗森桥’,或者说是一个‘虫洞’,将这个宇宙与黑洞所在的母宇宙连接起来。”
根据这一理论,在新的宇宙中,母宇宙会出现在这个新宇宙的唯一“白洞”另一端。白洞是一种无法从外部进入的空间区域,可以被视为黑洞的反向版本。
“因此,我们的宇宙可能正是另一个宇宙中的一个黑洞内部,”波普拉夫斯基说道。“物质通过黑洞边界(即事件视界)的运动只能是单向的,在这个边界上形成了时间的过去-未来不对称性,并且这种不对称性会扩展至整个子宇宙。”
“因此,这样的宇宙中的时间箭头将通过扭转效应,从母宇宙继承而来。”
对于詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)的这些新发现,波普拉夫斯基在接受采访时表示:“如果我们的宇宙存在一个特定的旋转轴,那将是非常令人着迷的。这一轴可以通过我们的宇宙诞生于某个母宇宙的黑洞事件视界另一侧的理论,得到自然的解释。”
他说,黑洞是在恒星、星系中心,甚至可能在球状星团中形成的,而这些天体都会旋转。因此,黑洞也会旋转,而黑洞的旋转轴可能会影响所孕育的宇宙,使其表现出一个特定的旋转轴,。
“我认为,最简单的解释就是宇宙诞生于一个旋转的黑洞。时空的扭转效应提供了一种最自然的机制,避免了黑洞中的奇点,而是创造了一个新的封闭宇宙。”波普拉夫斯基接着说道。“我们宇宙的优选轴可能是继承自母黑洞的旋转轴,并影响了星系的旋转动力学,导致了观察到的顺时针和逆时针旋转的不对称性。”
另一种可能的解释是,JWST观测到的星系旋转方向的不对称性,可能是由银河系自身的旋转所导致的。
此前,科学家认为银河系的旋转速度过慢,不足以对JWST的观测产生显著影响。
“如果这一假设成立,我们将需要重新校准深空宇宙的距离测量,”沙米尔总结道。“距离测量的重新校准还能解释宇宙学中其他一些未解之谜,比如宇宙不同膨胀率的测量差异,以及根据现有距离测量结果来看,似乎比宇宙本身还要古老的大型星系。”