但我们却可能永远也无法证明。

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美国纽黑文大学的Nikodem Popławski近日在一篇论文中称,根据爱因斯坦的方程,在一个膨胀的宇宙中,每个黑洞视界处的空间膨胀速度都必然是一个常量,且所有黑洞皆是如此。这意味着暗能量,也就是所谓的宇宙学常量,是存在于黑洞视界处的唯一能量。否则视界处的物质压和空间曲率将是无限的,而这是不合理的。

黑洞是宇宙中最令人着迷,也最“简单”的天体。它们只有质量、电荷和角动量。但它们同时也拥有一个神奇的特性——在与它们保持一定距离的空间中存在着一个球形的边界——视界。视界没有实体表面,但外界的所有物体一旦跨越它进入视界内部,就再也无法离开了。

根据爱因斯坦的广义相对论,1916年史瓦西推导出在一个静态的宇宙中,一定存在着一种大质量的、不自转的、呈完美球状的天体。这个天体有一个视界,视界的半径与这个天体的质量成正比。视界内部的一切包括光都无法离开。这种天体就是黑洞。史瓦西还推导出,黑洞的中心存在着所谓的奇点——一个爱因斯坦引力法则无法解释的密度无限大的点。

1933年英国数学家、宇宙学家George McVittie发现,质量周围的时空与史瓦西视界是相似的。但在距离质量较远的地方,宇宙是在膨胀的——正如我们今天之所见。

在史瓦西以及Popławski以及McVittie结论的基础上,Popławski认为在一个膨胀宇宙中,黑洞视界附近的空间膨胀速度必然是一个只与宇宙学常量相关的常量。由于宇宙学常量与暗能量密度有关,因此存在于视界处的唯一能量是暗能量。

Popławski表示,根据这一点可知,宇宙不同部分的膨胀速度是不一样的。而所谓的“哈勃危机”,也就是人们使用不同方法测得的宇宙膨胀速度不一样,其实是一个针对“爱因斯坦广义相对论框架下膨胀宇宙黑洞时空进行正确分析后的正常结果”。

Popławski还认为,一个各部分以不同速度膨胀的宇宙,其宇宙学常量,也就是暗能量的值必然为正。否则宇宙就是闭合的,会发生振荡,也无法出现所谓的空洞。他认为,这是针对宇宙加速膨胀的一个最简单的解释。

不过要验证这个理论可不容易。现实中黑洞是会自转的,虽然只要它的转速足够慢,Popławski的结论就适用,并能获得一个很好的近似值。但以今天的技术,对视界处的哈勃常量进行测量是不可想象的。

我们可以测量视界的哈勃常量,但可能永远也无法获得答案。因为尽管Popławski认为,每个黑洞实际上都是通往另一个宇宙的虫洞,视界是连接两个宇宙的通道,这个通道不会因为宇宙的膨胀而变大,而且两边都一样。但是只要测量者跨越视界,一切就都定格了,什么数据都传不回来。

参考
Black holes in the expanding Universe
https://arxiv.org/abs/2405.16673