我们的宇宙真的是一个大黑洞吗？

q30213313

问题的来源是看到了这个问题的答案：一颗直径30公里的中子星撞上大犬座VY那么大的岩质星球会发生什么？ - 物理学 里面有一段： 很明显，尺度越大，构成黑洞的物质密度就能越低。整个宇宙的密度虽然很低，低到每立方米也许只有一个氢原子，但考虑到宇宙尺度之大。这完全可能构成一个黑洞的密度，即我们完全可能生活在一个黑洞内部！这也是我们无法“离开”这个宇宙的理由之一。 很好奇这里的内容，于是随手找了点资料算了一下： …
作者：一点资讯

bTHzJAvw

宇宙是膨胀的，所以用一个固定的半径没啥意义，另外你的可观测宇宙半径数据完全错了，前面系数是4.4而不是1.29

如何计算可观测宇宙的大小？ - 物理学

wason1

首先题主需要明白宇宙密度与大小的数据来源：

密度：WMAP与普朗克望远镜等对微波背景辐射的观测显示，宇宙还是比较平坦的，宇宙的平均能量密度接近临界密度。如果我们认为宇宙学常数为零，宇宙的时空曲率也为零，用弗里德曼方程算下来的临界密度，或者；大小：可观测宇宙的半径约为460亿光年，宇宙的确切实际大小我们仍不知道，可能大于也可能小于可观测宇宙的大小，而你题中的那个宇宙大小数值叫做哈勃长度，并不表示宇宙的真正大小，宇宙的大小应该是大于这一数值的。

但是这并不意味着宇宙就是个黑洞：

暗物质暗能量的性质我们知道得仍不多，尤其是使宇宙加速膨胀的暗能量，显然不能简单地只用万有引力定律计算；哈勃常数，万有引力常数的数值可能是变化的，在研究宇宙这样的时空广度时不得不考虑。

另外可以参考这个回答：我们所认知的宇宙有没有可能本身就是一个黑洞？ - 物理学，不过对M理论不要太当真，对insideout black hole这样的定义亦然。

TejUKCJa

首先鸣谢 @ 宇宙大帝 给予的指点，有宇宙大帝提供的资料线索或直接提供的资料，将特别注明宇宙大帝的贡献。
假说声明：
1、由于我仅作为假说的支持者，而不是发起者，我将尽可能的寻找相关资料来不断的对假说进行补充说明，因此本文章（指本账号在知乎上的原文，不包含回答内容）会有更新可能，也会有局限性，请读者自行斟酌可信程度。
原文链接信息可能已更新：https://zhuanlan.zhihu.com/p/63231712
yum：黑洞宇宙模型假说与人类生活在黑洞中的推理2、毕竟是科普，公式和专业名词会尽可能避免，转化成比喻句式会出现不特别严谨的情况，如有误解大家另行沟通，请不要扣字眼。
在黑洞宇宙模型假说，如何计算出我们所处的宇宙是个黑洞？
作为假说，争议比较大的在史瓦西半径和哈勃半径的概念置换，先尝试解释一下，宇宙中（本黑洞中）普通物质的总质量可以利用临界密度（弗里德曼方程）和可观测宇宙的直径约930亿光年计算。
根据热心网友的指点，这个概念置换在霍金的研究里确实也只是被用来做类比，而不是做等价处理，更可靠的资料需要持续收集。
m=10^54kg，带入上面公式，可以估计出对应的史瓦西半径为1500亿光年，已经远远超过了可观测宇宙的实际半径460亿光年。（直径约930亿光年）。
1500大于460，首先说明我们所处的黑洞可观测范围里的所有质量是坍缩到史瓦西半径以内的，符合黑洞生成条件。
黑洞宇宙_百度百科从黑洞外的观察者来逐步推理为什么不同的黑洞里各有洞天？
假设一个黑洞外面的观察者能看到（其实观察者看不到，因为信息传不出来，但我们假设能看到）一个掉向黑洞的人（还没完全掉进去，正好处于视界边缘的时候），会被潮汐力拉扯，无限拉扯，把那个可怜的人想象成橡皮筋，被拉得无限长，就会变得无限细，会细到什么程度呢？会细到比普朗克尺度更小的尺度，这个时候经典物理法则就不起作用了，要用量子力学来描述他的状态，他的能量（信息）还在，但是属于量子叠加态（混沌无序态），想象在那个尺度的他的最小单位，不是微粒形态的，而是一团团的量子概率云串在一起，（不太严谨，但比说量子场容易脑补），概率云里会无中生有虚粒子对，有的立刻互相撞在一起湮灭，有的恰好在黑洞壁的内外两侧，那么一颗会逃逸，一颗依然被禁锢在黑洞里。逃逸的那一颗（正粒子），携带走了一定黑洞的能量，于是说黑洞在蒸发，又称霍金辐射，这就是在真空虚无中创生（信息逃逸）的逻辑。（参考下图）


如果“霍金辐射”在其生前获得验证，他应该是有资格拿到诺贝尔奖，根据宇宙大帝的提示，特提供一篇对“霍金辐射”的正确性有加强的学术文章资料
独自 在实验室里 造黑洞的人说说“黑洞信息悖论”，按照广义相对论的黑洞理论，椅子堕入黑洞视界消失，从黑洞中散逸出的光辐射却不带有椅子的半点信息结构。我们无法从黑洞蒸发出来的辐射知道落入黑洞的是椅子还是火腿。但是，这违背了量子力学态的时间反演属性。悖论由此而生。
霍金去世前的最后一篇研究性论文近日在ArXiV网站公开，该论文由他和剑桥、哈佛的专家合著，名为《Black Hole Entropy and Soft Hair（黑洞熵与软毛发）》。
“软毛发”主要是解决“信息悖论”（量子力学认为信息永远不会被摧毁）而存在，即尽管落入黑洞的物质可能的确消失了（相对外面的观察者是消失了，但遇到视界面积很大，密度小的黑洞，掉入的人/物质可能就无感/无变化的正常掉入而已），但不论是被潮汐扯碎了，还是正常掉入了，它们所包含的信息将继续在黑洞边界附近游荡，由这些构成所谓黑洞“软毛发”的量子保存着。
新论文解释了黑洞周围的光子和引力子是如何保存信息的，简单来说，一个物体进入黑洞后，温度会发生变化。温度越高，熵越多，即保存在软毛发中的信息越多。
《黑洞熵与软毛发》论文链接：
https://arxiv.org/pdf/1810.01847.pdf论文通俗解释链接：
霍金最后一篇论文《黑洞与软毛发》被合作者完成_新闻频道_央视网(cctv.com)这样的“黑洞有软毛”观点如果成立（目前还未完全成立，也算假说范畴），是否能基于黑洞内部的三维结构和黑洞视界的二维表面的信息应该对应，也由此推测，每个黑洞都可以是各有特色的呢？如果这个推测成立，就会解决黑洞宇宙假说里的一个难题，即如果黑洞无毛，那么每个黑洞都必须完全一样的解释难题，如果黑洞有毛，那么每个黑洞都各有洞天。
凭什么无中生有？因为真空不空，真空里有量子场能量涨落，会出现激发态（零点运动）的量子效应。（图1，图2）
图1
图2
图3
图4
每个物质，每个人都由基本粒子组成，粒子本身不是实体（图3），而是能量涨落时，空间的震荡显影。能量涨落就好比无数根琴弦被拨弄，引起空间震荡，想象一下无数的图4的叠加，震荡的随机叠加有无限可能性，只要震荡出现一点点不均匀（借鉴宇宙微波背景辐射的各向异性理论（图5-1和图5-2），即使概率很小，只要有概率即可）。就必然会出现温差，有温差就会演化出有序化能量运动，从而导致能量运动可被预言，于是我们的可感宇宙，包含生命体，人类都是能量有序化运动的外化形式之一，也可以推导出生命体之间没有本质区别。
图5-1
图5-2
有序化能量运动是有惯性的，粒子汤（量子能量场涨落）里不是每个区域温度都是均匀的（宇宙微波背景辐射各向异性），因此汤稠密的地方，粒子又渐渐聚合成了恒星，行星。然后它们或又爆炸，有些向内坍缩成黑洞，有些则再把粒子洒向太空，氢聚合成氦，氦三过程后又聚合成碳元素，无机元素中会出现非周期性晶体的特征，包含复制，遗传的特点。无机的非周期性晶体和碳水化合物混合在一起，浓稠度各自有高低，浓度太高的复制分裂相对浓度适中的要慢一些，浓度适中的又比浓度低的稳定一些，于是浓度适中的渐渐胜出了，形成单细胞，然后是多细胞，然后是基因，然后是复杂的生命体，然后才有了我们。
引用出处：
生命是什么（书籍）对话薛定谔：量子力学与生命科学

生命从本质上看，依然是粒子的热运动，而且是有序化（可预言）的运动，所以生命也是宇宙有温差结果的一种。大爆炸理论在这个假说里可以就是一次超新星爆炸形成黑洞的过程，在黑洞外面的观察者看起来是黑洞坍缩，在黑洞内部的观察来看是大爆炸。
从外部看，黑洞明明是坍缩，然后像一个漏斗一样收缩至奇点，黑洞里的观察者怎么会觉得是大爆炸后膨胀呢？我尝试解释一下，不保证对。
基于黑洞的“面积不减定理“，黑洞视界的面积视为它的表面积。霍金证明了“黑洞面积不减定理”，即任何黑洞的表面积不可能随时间减小。两个黑洞可以碰撞而结合成一个黑洞，合成的黑洞表面积一定不小于原先两个黑洞表面积的和；但一个黑洞不能分裂成两个黑洞，因为这会导致黑洞表面积随时间减小。从上也可知，黑洞是缓慢生长的，它的表面积是不断增大的。
漏斗形黑洞是一个数学计算结果，里面有个奇点，黑洞宇宙假说里也有这个奇点，计算也没规定必须是个标准圆柱体（漏斗式坠落），反而从计算上有质量特别大，视界也超大，密度如水一般的黑洞，这种黑洞人掉进去自身不会有异样感觉。
假设一个黑洞存在137亿年（指时间），视界面积也是在不断增大的，如今直径是930亿光年（指距离），那么从这个黑洞里的人来看，可观测宇宙是一直在膨胀的，137亿年前无限小，随着大爆炸，然后今天膨胀到930亿光年的尺度。




那么我们人类很可能就生存在某一个黑洞里？
我们需要回到那个虚粒子逃逸的段落，有逃逸的，也有被禁锢的。
被黑洞禁锢的那颗粒子有可能是正粒子，也有可能是反粒子，而反粒子被禁锢的概率大于正粒子被禁锢的概率，那么留在黑洞里的正反粒子正好和逃逸出去的正反粒子一样是不等质量的，这种不等质量的情况引发能量差，温差，新的物质积聚，得以在黑洞内部以及黑洞外部都会再次出现如下循环过程：混沌的粒子汤，某些粒子聚集，星云，恒星，行星（可能再进化出人类），星系，黑洞，霍金辐射，然后又是粒子汤，如此往复。
资料《时间简史》第七章：
第8页 | 时间简史-史蒂芬·霍金 | 阅读  电子书库黑洞宇宙模型假说可以解释暗物质，暗能量，反物质现象？（猜想，猜想，猜想）
首先，假说里我们所处黑洞外面有母黑洞，姐妹黑洞，我们黑洞里面还有子黑洞。下图中所有黑洞统称为一个宇宙，即祖母宇宙所包含的所有范围。


由此猜想，我们的宇宙之所以看上去有暗能量导致一直在膨胀，而且是加速膨胀，
是因为，黑洞质量与黑洞半径成正比，与黑洞大小（体积）的3次方成正比。
所以我们感觉的膨胀是母黑洞能量（质量）不断的被我们这个黑洞积吸进来导致加速膨胀。
同时也可以推测，我们的宇宙（黑洞）看上去有暗物质导致物质聚集，那是我们的子黑洞不断积吸我们这个黑洞物质的结果。银河系中心如果没有黑洞，那么我们的银盘应该散掉。


《时间简史》-第七章-配图
同时基于“霍金蒸发”理论，所有的黑洞都会蒸发，蒸发过程有机会让我们看到反物质。如上图假设是一颗反粒子（正电子）落入到我们所处的黑洞就是反物质。（注:反粒子被黑洞禁锢的概率大于正粒子被禁锢的概率）
同时，假说中我们所处的这个黑洞宇宙也正在蒸发（霍金辐射），同时遵循孤立黑洞视界的表面积永不随时间减少的原理，那么所有黑洞最终都要合并，并最终达到热平衡。
参考资料：维基百科黑洞热力学
https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%BB%91%E6%B4%9E%E7%83%AD%E5%8A%9B%E5%AD%A6

《最后的问题》：我们向何处去？
在“熵增原理”的基础上，我们有三种结局
1、宇宙有界但无限大，我们人类（其他生命体只要有能力也行）作为以负熵为目的的智慧生物，将永远通过对能源的高效转化来和熵增战斗，直到永远。
2、宇宙有限大，但宇宙之外还有宇宙，（特别强调，这里指的宇宙外的宇宙，不是指黑洞宇宙模型中的每个黑洞，而是祖母宇宙之外还有其他宇宙）我们人类作为以负熵为目的的智慧生物，将永远通过探索新宇宙，开发新宇宙能量来和熵增战斗，直到永远。
3、宇宙有界，有限，且只有一个宇宙，我们人类终将灭亡，所有的物质都终将回归的能量无序化状态（热平衡）。
BUT，只要“海森堡测不准原理”（不确定性原理）还有效，那么世界必将重生。
人类有机会来世再现！
《最后的哲思》：
一个粒子的动量和位置必然不会被同时测准；
那么，一个粒子的动量和位置必然不能同时等于0；
那么，这个世界是永恒的，创世和死亡也是永恒的循环。
因为，凡是不能被绝对禁止的，就是欲罢不能的。
关于宇宙外的宇宙？下次再聊……
再次鸣谢 @宇宙大帝 提供的启发资料
Hawking Radiation of Apparent Horizon in a FRW Universe下面是个科普视频：
我们的宇宙其实是在黑洞中？黑洞宇宙模型完美解释宇宙运行规律

twxd

这是一个比较常见的佯谬。首先，讨论宇宙学时，我们一般使用Robertson-Walker metric，而不是史瓦西度规，所以可观测宇宙并没有“史瓦西半径”这种东西。说人话的话，史瓦西度规描述的是静止，球对称的时空，我们宇宙并不是这样的。
如果你不管，我们只考虑可观测宇宙里面这么多的质量坍缩成个黑洞，史瓦西半径是多少的话，也不能这么算。
史瓦西度规是爱因斯坦场方程的解，解出它来需要用广义相对论。巧合地是，广义相对论中的弱场近似能给出类似于牛顿引力势的项，所以牛顿力学出发的一些推导有时候会给出有意思的结果。反过来，弱场条件（ ）下，对v/c或牛顿引力势M/R级数展开，就是Chandrasekhar等人发展的post-Newtonian，对爱因斯坦场方程的数值近似法，引力波天文学里的基石之一。使用近似法的时候永远要注意条件，条件不满足，近似就失效了。
所以牛顿力学的推导是一种巧合，这种推导是不成立的，是不严格的科普手段。
我们再次不管，就用牛顿力学来算，还是不对。你找来的宇宙的大小为1.29x10^26m，这大概是宇宙的哈勃半径，然而，由于宇宙在膨胀，你应该带入的是宇宙的粒子视界半径，这个距离大概是哈勃半径的三倍多。
综上，宇宙不是个黑洞。 @yum