
毫无疑问,自发射以来,詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 彻底改变了我们对早期宇宙的看法,但它的新发现可能会让天文学家感到困惑。事实上,它可能暗示我们周围看到的一切都被密封在一个黑洞中,从而告诉我们关于宇宙诞生的深刻信息。
这台耗资 100 亿美元的望远镜于 2022 年夏天开始观测宇宙,它发现绝大多数深空以及它迄今为止观察到的早期星系都在朝着同一个方向旋转。虽然大约三分之二的星系顺时针旋转,但另外三分之一是逆时针旋转的。
在一个随机的宇宙中,科学家们会期望发现 50% 的星系是单向旋转的,而另外 50% 的星系是相反的。这项新研究表明,星系旋转有一个首选的方向。
对 263 个星系的观测揭示了这种奇怪协调的宇宙舞蹈,是作为詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外巡天(简称“JADES”)的一部分收集的。
“目前尚不清楚是什么导致了这种情况的发生,但有两种主要可能的解释,”团队负责人、Carl R. Ice 工程学院计算机科学副教授 Lior Shamir 在一份声明中说。“一种解释是宇宙诞生于旋转中。这种解释与黑洞宇宙学等理论一致,后者假设整个宇宙都是黑洞的内部。“但是,如果宇宙真的是天生旋转的,那就意味着现有的关于宇宙的理论是不完整的。”
出生在黑洞里?黑洞宇宙学,也被称为“史瓦西宇宙学”,表明我们可观测的宇宙可能是更大的母宇宙中黑洞本身的内部。
这个想法最早是由理论物理学家 Raj Kumar Pathria 和数学家 I. J. Good 提出的。它提出了“史瓦西半径”,更广为人知的是“事件视界”(没有任何东西可以逃脱黑洞的边界,甚至连光都无法逃脱)也是可见宇宙的视界。
这还有另一个含义;我们宇宙中的每一个黑洞都可能是通往另一个“婴儿宇宙”的大门。这些宇宙对我们来说是无法观测的,因为它们也位于事件视界后面,事件视界是一个单向的光捕获点,光无法逃脱,这意味着信息永远无法从黑洞内部传播到外部观察者。
这是纽黑文大学的波兰理论物理学家 Nikodem Poplawski 倡导的理论。

当大质量恒星的核心坍缩时,黑洞就会诞生。它的核心是密度远远超过已知宇宙中任何物质的物质。
在波普劳斯基的理论中,最终,扭转、物质的扭曲和转动以及自旋之间的耦合变得非常强烈,并阻止了物质无限期地压缩成奇点。“相反,物质达到了有限、极大密度的状态,停止坍缩,像压缩弹簧一样经历反弹,并开始迅速膨胀,”波普劳斯基向 Space.com 解释说。“接近这种状态的极强引力会导致粒子产生强烈,使黑洞内部的质量增加许多数量级,并加强了为反弹提供动力的引力排斥力。”
这位科学家继续补充说,在如此大的反弹之后的快速反冲可能是导致我们宇宙膨胀的原因,我们现在称之为大爆炸。“它产生了有限周期的宇宙膨胀,这解释了为什么我们今天观察到的宇宙在最大的尺度上看起来是平坦的、均匀的和各向同性的,”波普劳斯基说。
“因此,爱因斯坦广义相对论的引力中的扭转为一种情景提供了一个合理的理论解释,根据该情景,每个黑洞都会在内部产生一个新的婴儿宇宙,并成为爱因斯坦-罗森桥,或将这个宇宙与黑洞所在的母宇宙连接起来的'虫洞'。”

根据这一理论,在新宇宙中,母宇宙表现为新宇宙唯一白洞的另一侧,白洞是一个无法从外部进入的太空区域,可以被认为是黑洞的反面。“因此,我们自己的宇宙可能是存在于另一个宇宙中的黑洞的内部,”波普劳斯基继续说道。“物质通过黑洞边界(称为事件视界)的运动只能发生在一个方向上,从而在地平线上提供过去与未来的不对称性,因此,在婴儿宇宙中的任何地方都存在。“因此,在这样一个宇宙中,时间之箭将通过扭转从母宇宙继承。”

至于 JWST 的这些新发现。波普劳斯基告诉 Space.com:“如果我们的宇宙有一个首选轴,那将是一件令人着迷的事情。这样的轴可以自然地用我们的宇宙诞生在某个母宇宙中存在的黑洞的事件视界的另一侧的理论来解释。他补充说,黑洞是由恒星或星系中心形成的,很可能是球状星团,它们都在旋转。这意味着黑洞也会旋转,而黑洞的旋转轴会影响由黑洞创造的宇宙,表现为优选轴。
“我认为对旋转宇宙最简单的解释是宇宙诞生于旋转的黑洞中。时空扭转提供了最自然的机制,它避免了黑洞中的奇点,而是创造了一个新的封闭宇宙,“Poplawski 继续说道。“我们宇宙中的首选轴,由其母黑洞的旋转轴继承,可能影响了星系的旋转动力学,造成了观察到的顺时针-逆时针不对称性。“JWST 发现星系沿首选方向旋转将支持黑洞创造新宇宙的理论,如果这些发现得到证实,我将非常兴奋。
为什么 JWST 可能看到沿一个方向旋转的星系过度表示的另一种解释是银河系自身的旋转可能是造成这种情况的原因。
以前,科学家们认为我们星系的自转速度太慢了,不会对 JWST 的观测产生不可忽视的影响。
“如果情况确实如此,我们将需要重新校准我们对深宇宙的距离测量,”Shamir 总结道。“距离测量的重新校准还可以解释宇宙学中其他几个未解决的问题,例如宇宙膨胀速率的差异和大星系的差异,根据现有的距离测量,预计这些星系的年龄会比宇宙本身还要古老。”
该团队的研究本月发表在《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。