黑洞可能比大爆炸本身更古老吗？一项新研究探索了一种宇宙学模型，其中宇宙起源于早期的收缩阶段而非单一的开端。

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一种新的宇宙反弹模型表明，大爆炸前宇宙的残留物如今可能仍然存在。

如果宇宙中一些最古老的天体实际上比大爆炸本身还要古老呢？

朴茨茅斯大学的一项研究表明，古老的黑洞可能从我们所知的宇宙诞生之前的时代就存活了下来。

这些被称为宇宙化石的假设性遗迹，或许经历过剧烈的宇宙转变，至今仍散布在整个宇宙中。

如果它们真的存在，可能有助于解开天文学最大的谜团之一：暗物质的身份——这种不可见的物质似乎比普通物质更重，并塑造着星系的形成与演化。

研究挑战了一切始于单一宇宙大爆炸的传统观点。

相反，它探索了一种反弹场景：宇宙曾一度收缩，之后逆转成我们如今观测到的膨胀状态。

在这种图景下，一些结构可能在这一转变中幸存下来，携带着来自宇宙最早可观测光线之前的某个宇宙时代的信息。

挑战标准大爆炸图景

朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所及巴塞罗那空间科学研究所的这项研究的主要作者恩里克加斯塔尼亚加教授表示：近一个世纪以来，宇宙学家们将宇宙的历史追溯到一个被称为大爆炸的戏剧性时刻。

在标准模型中，空间和时间从一个极热、极密的状态中诞生，随后是数十亿年的宇宙膨胀和星系形成。

这个模型非常成功。

它解释了宇宙微波背景——早期宇宙遗留下来的微弱辐射——并准确预测了星系在广阔宇宙空间中的分布方式。

但物理学中一些最深奥的谜团仍未解开。

我们仍然不知道是什么引发了大爆炸，为什么宇宙始于这样一种特殊状态，是什么导致了被称为暴胀的短暂快速膨胀阶段，或者是什么看不见的暗物质——其质量约为普通物质的五倍。

我们的研究探索了一种可能，这种可能可以将其中几个谜题联系起来：宇宙或许根本不是以一次单一的大爆炸开始的，而是从一次模拟膨胀的宇宙反弹中诞生的，宇宙中一些最古老的天体可能作为它之前的遗迹留存了下来。

黑洞宇宙朴茨茅斯大学

根据研究人员的说法，一些黑洞可能在反弹之前就已经形成，并在向膨胀宇宙的过渡过程中留存下来。

这些古老的天体仍可能在数十亿年后影响星系的结构和演化。

其他黑洞可能在反弹发生后不久就形成了。

在这种情况下，早期宇宙中异常大的密度涨落会产生密集的物质团块，这些团块在引力作用下更容易坍缩，从而帮助黑洞和其他大型宇宙结构在早期形成。

一个反弹而非起源的宇宙

在爱因斯坦的广义相对论中，大爆炸与奇点相关联，奇点是一种密度变得无穷大且已知物理定律不再适用的状态。

许多物理学家认为这表明当前理论无法完全描述宇宙最早的时刻。

一种被提出的替代理论是弹跳宇宙学。

在这个模型中，宇宙最初是一片巨大的云，在反向膨胀之前先收缩。

它并没有达到无限的奇点，而是在反弹前达到了极高但有限的密度。

Gaztañaga教授补充道：奇点往往表明我们的理论描述已达到极限。

反弹提供了一种宇宙从收缩过渡到膨胀的方式，无需引入新的奇异物理。

解释宇宙暴胀、暗能量与暗物质

该团队认为，这种反弹现象可以从量子物理学中自然产生。

在极高密度下，量子效应会产生压力，阻止物质被无限压缩——这一过程已知能稳定白矮星和中子星等致密天体，并重现暴胀膨胀阶段。

在新模型中，同种量子压力可能在整个宇宙尺度上起作用。

随着收缩的推进，这种压力可能阻止坍缩并引发新的膨胀。

研究人员认为，这种机制或许还能解决两个主要的宇宙学谜题。

它可能有助于解释暴胀——早期宇宙快速且异常均匀的膨胀阶段。

它也可能为当今宇宙膨胀的加速现象提供见解，这种现象通常被归因于暗能量。

一个特别有趣的预测是，在收缩阶段形成的一些结构可能在反弹过程中幸存了下来。

该团队的计算表明，直径大于约90米（295英尺）的致密天体能够穿过这一过渡阶段并出现在膨胀的宇宙中。

潜在的遗迹包括引力波、密度涨落和古老的黑洞。

这些幸存的黑洞也可能与暗物质有关。

如果在反弹过程中形成了足够多的黑洞，它们或许能解释暗物质的很大一部分，甚至可能是全部。

早期宇宙中的线索

该模型或许也有助于解释詹姆斯韦布空间望远镜近期观测到的年轻宇宙中意外出现的大质量天体，这些天体常被称为小红点。

许多天文学家认为这些天体源与宇宙历史中出现得异常早的快速增长的黑洞有关。

加斯塔尼亚加说：如果在‘反弹’发生后立即就存在大质量黑洞，那么早期宇宙在形成第一批星系时就不必从零开始了。

该理论提供了几种验证其预测的方法。

未来的观测可以搜索早期宇宙时代遗留下来的引力波，或者在宇宙微波背景中寻找保留了大爆炸前条件证据的微妙特征。

加斯塔尼亚加补充道：要验证这些想法还有很多工作要做。

但如果宇宙确实经历过一次反弹，那么如今塑造星系的暗结构可能是大爆炸之前某个宇宙纪元的残余。

参考文献：恩里克加斯塔尼亚加《黑洞、引力波与暗物质》，近期发表于《物理评论D》，DOI：10.1103pr4p6m49

相关知识

黑洞是宇宙中引力极强的天体，由大质量恒星耗尽核燃料后坍缩形成。

它的引力强大到连光都无法逃脱，因此无法直接观测，只能通过其周围物质被吸积时发出的辐射等间接方式探测。

作为宇宙中最神秘的现象之一，黑洞对研究天体物理和宇宙演化具有重要意义。

BY: University of Portsmouth

FY: AI

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