原始黑洞的宇宙会是什么样子？黑洞相互碰撞后又会什么景象？

充满原始黑洞的宇宙会是什么样子？2016年，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）团队宣布，2015年9月检测到的引力波信号源自距离地球约13亿光年处两个黑洞的碰撞。这是人类首次发现引力波，让全世界的研究者既惊讶又兴奋。碰撞产生引力波的两个黑洞，其质量分别约为太阳的36倍和29倍。

这一发现具有重大的意义，除了发现者荣获2017年诺贝尔物理学奖外，也带来了一个奇怪的小惊喜。形成这些时空涟漪的黑洞具有非常不一般的质量，甚至足以开启一个令人着迷的可能性：这两个黑洞可能是在宇宙诞生不到一秒钟的时候形成的。

黑洞的形成

天文学家已经知道黑洞在现代宇宙中是如何形成的。首先要有一颗恒星，质量越大越好，至少是太阳质量的8倍。接着，等这颗恒星燃烧掉它所有可用的氢，通常这需要几千万年，但在宇宙学尺度中，这点时间不算什么。

在这颗恒星的生命结束时，它会在巨大的能量中毁灭自己，这就是超新星爆发。在超新星爆发的火焰中，核心的密度可以达到一种足够密集的状态，以至于没有任何东西可以抵抗其向内牵拉的引力。因此，在恒星向外爆发的同时，它的另一部分不断向内坍缩、折叠，直至湮灭形成一个黑洞。

恒星质量越大，其形成的黑洞就越大，这也是LIGO的探测结果如此有趣的原因。两个相互碰撞的黑洞的质量分别是太阳的36倍和29倍。要制造出这么大的黑洞，要么是从一颗大得可怕的恒星开始，其质量超过太阳100倍；要么需要有大量较小的黑洞，由它们合并形成大的黑洞。

目前，这两种情况似乎都不太可能出现。如此巨大的恒星在宇宙中根本不存在（至少现在看来是这样），而已知的黑洞合并也没有常见到足以形成这样的恒星。于是，天文学家想到，也许这些黑洞有另一个不同的起源。

大爆炸与黑洞

早期的宇宙是疯狂的，当时的温度和压力是后来再也没有出现过的，其中的相变过程震撼了整个宇宙，也改写了自然的法则。

在宇宙诞生时，如果条件合适，任何一团古老的气体都可能会自发地缩小，形成任意大小的黑洞：质量从几千克到太阳的数千倍不等。对于每个研究这些原始黑洞问题的理论物理学家来说，至少存在一种假设的黑洞产生机制，能将暴胀理论和宇宙碰撞等一切内容囊括在内。

因此，在某种意义上，用原始黑洞来解释LIGO探测到的宇宙早期结果并不困难：在这个理论中，黑洞具有合适的大小范围和丰富程度，经过几十亿年的演变，就一定会发生合并事件。但是，如果想让宇宙充满在大爆炸后极短时间内产生的黑洞，仅仅依靠碰撞、合并是不够的。

在黑暗中寻找

充满原始黑洞的宇宙会是什么样的？这是一个很重要的问题，如果要验证上述假设，我们就需要回答这一问题。一方面，黑洞可能会随机地撞向其他物体，并通过引力吸引其他物体，这通常会造成混乱。

千克质量的黑洞撞击地球可能就会引发地震。一个平静的黑洞可能会破坏联星系统，或者扰乱整个矮星系。黑洞撞击中子星可能引发可怕的爆炸。即使是假想的太阳系第九行星也有可能是一个比网球还小的黑洞。

另外，在潜在可探测性方面，黑洞并不是百分之百全黑的：它们可能会通过量子力学过程发出微弱的光，这一过程被称为“霍金辐射”。大型黑洞几乎不会发光：一个与太阳质量相当的黑洞每年都会辐射出一个光子，需要10^60年的时间才能失去全部质量。但较小的黑洞可以在更短的时间内爆发，并在这个过程中释放出巨大的能量。

爆发的黑洞可能破坏了早期宇宙，改变了元素的丰度或宇宙微波背景的外观。这些黑洞还可能是我们在天空中看到的一些伽马射线爆发的原因。

不过，尽管天文学家做了种种努力，仍然无法调和原始黑洞的存在与我们所看到的宇宙之间的关系。在理论上，对于每一种可能的观测途径，原始黑洞造成的混乱如此之严重，应该是能够被我们探测到的。

换句话说，尽管要解释LIGO观测到的合并黑洞的质量十分困难，但如果这些黑洞所处的宇宙是原始的，那我们应该可以通过其他方式来进行探测。

两个黑洞碰撞的图像，看起来跟太极颇为相似。