黑洞和宇宙哪個更大(黑洞是宇宙中最大的嗎)

我們所在的宇宙空間實際上是一個黑洞的內部，這是黑洞宇宙模型（black hole cosmology）的觀點。目前主流的宇宙學模型是大爆炸理論，此外還有很多非主流的宇宙學模型。黑洞宇宙模型就是其中之一。

1. 為什么宇宙在黑洞內部？

這個問題要從宇宙膨脹開始說起。

我們知道，宇宙在加速膨脹。這里膨脹的含義是，新的空間從每一處空間中產生。它導致的結果是，宇宙中的物體都在相互遠離。然而，比較近的物體會被引力或電磁力拉在一起，距離不會增加。空間膨脹的效果，只有在距離十分遙遠的星系之間才能看出來。

在上面的例子中，由于空間膨脹，貓-老鼠之間的距離和貓-狗的距離都增加了，但是，貓-狗距離增加明顯比貓-老鼠距離增加要大得多。由于空間膨脹的疊加效果，距離越遠的物體，它們之間距離增加也越大。也就是說，距離我們越遠的物體，遠離我們的速度也就越快。

由此我們不難想象，距離我們足夠遠的星系，遠離我們的物體會達到光速。這個距離被稱為哈勃半徑（Hubble Radius）。而在哈勃半徑以外的星系，遠離我們的速度超過光速。

在黑洞宇宙模型中，哈勃半徑也就是我們宇宙所在黑洞的史瓦西半徑。 如果我們把一個物體壓縮到史瓦西半徑（的球體）以下，這個球體表面的逃逸速度就會達到光速。也就是說，這個球體就成為了一個黑洞。

史瓦西半徑的計算公式十分簡單：

其中G是萬有引力常數，M是物體的質量，c是光速。

那么，如果我們把哈勃半徑以內的所有物質壓縮成一個黑洞，它的史瓦西半徑會有多大呢？如果把已知的宇宙質量（由觀測的宇宙密度計算）代入上面的公式，得到的史瓦西半徑和哈勃半徑十分接近。考慮到觀測的精度和誤差，可以認為這兩個值是相等的。

也就是說，我們所在的宇宙空間，已經是一個黑洞了。

宇宙的密度很低，相當于地球這么大體積內，平均只有一粒沙的質量（。物質如此稀疏的宇宙空間能形成黑洞，可能對很多人來說很不可思議。黑洞給人的印象是往往是密度很大——如果把太陽壓縮成一個黑洞，它的史瓦西半徑只有3公里，而地球黑洞的史瓦西半徑還不到1厘米。

從上面的公式可以看到，史瓦西半徑和質量成正比，而物體的半徑和質量的立方根成正比（如果密度不變）。

所以，當物體質量增加的時候，史瓦西半徑比物體本身的半徑增長得快。一個質量很大的物體，它的史瓦西半徑會達到甚至超過物體自己的半徑。

然而，大多數宇宙學家并不認同這個證據。他們認為，史瓦西半徑和哈勃半徑十分接近，只是一個巧合。

2. 黑洞內的宇宙

對黑洞的傳統認識是，當物體落入黑洞，就會繼續向黑洞中心墜落，最后落進黑洞中心的奇點——一個密度無窮大，體積無窮小的點。

但是，這并不是唯一可能存在的黑洞結構。 黑洞強大的引力使得時空極度彎曲，造成了一個與外面隔離的封閉時空。在這樣一個封閉的空間中，如果物質大致均勻分布，廣義相對論允許它保持一個穩定的內部結構，而不至于坍塌成一個奇點。

那么，在沒有外部物質和能量影響的情況下，黑洞宇宙是一個靜態宇宙。當黑洞宇宙吸入外部物質時，由于質量增加，它的體積也隨之增加，從黑洞宇宙內部來看，表現為宇宙空間的膨脹。

所以，在黑洞宇宙模型中，對宇宙膨脹的解釋不需要暗能量的概念。 一個黑洞宇宙通常是從一個恒星級的黑洞開始的。它的內部是一個奇點還是一個嬰兒宇宙，對于外部觀察者來說都是一樣的。當它吸收外部宇宙（母宇宙）的物質和輻射后，就會慢慢長大。

在一個星系中，恒星走到生命盡頭時，會變成白矮星，中子星，或者黑洞。最終，它們匯聚在星系中心，形成超過10億太陽質量的超級黑洞。而這種黑洞的內部，就是像我們的宇宙一樣的另一個宇宙。

恒星級黑洞誕生于超新星爆炸，所以它的內部溫度極高（高于中子星的溫度），但是它并不向外輻射能量。當黑洞宇宙膨脹時，由于能量分散，溫度逐漸降低。當一個黑洞宇宙膨脹到我們的宇宙大小時，溫度已經下降到3K。這就是我們觀察到的微波背景輻射。

黑洞宇宙的膨脹速度取決于吸入物質的數量。我們的宇宙邊界膨脹速度達到光速，這意味著它需要每秒吸入10000個太陽質量的物質。

對于一些質量比較小的黑洞（如超新星爆炸留下的恒星級黑洞）來說，它們周圍的時空曲率變化很大，物質在進入黑洞時會被撕裂成碎片。而質量很大的黑洞（如星系中心的超級黑洞）被稱為“溫柔的黑洞”，物質可以完好無損地穿過視界，進入黑洞——來到另一個宇宙。

3. 黑洞宇宙模型

黑洞宇宙模型是一個多層次的等級結構。我們的宇宙在一個更大的宇宙（母宇宙）中；母宇宙中的其他宇宙是我們宇宙的姐妹宇宙；我們宇宙中的黑洞（恒星級黑洞和超級黑洞）都包含子宇宙；

同樣，我們的姐妹宇宙中也有它們自己的子宇宙；而母宇宙外面是更大的祖母宇宙。 這個模型一共有多少層取決于整個空間的大小。

如果整個空間是無限大的，那么宇宙層次的數目也是無限的；反之，則是有限的。 在黑洞宇宙膨脹的過程中，可能和姐妹宇宙相遇，從而合并成更大的宇宙。

以上是對黑洞宇宙模型的簡單介紹。它是和大爆炸理論不同的另一種宇宙學模型，對于天文觀測中的很多現象，如空間膨脹，微波背景輻射，也有不一樣的解釋。這種理論目前被認為是一種”類宇宙學“（alternative cosmology)，沒有得到多數宇宙學家的認同。然而，從20世紀70年代到現在，仍然有部分宇宙學家在從事這個理論的研究。