我們的生命本質上和宇宙黑洞緊密相連──天文學家寫給人類的黑洞身世史

你以為黑洞是宇宙最黑暗的深淵、像吸塵器一樣把一切吞噬？其實——黑洞根本不黑，甚至可能是宇宙中最亮的天體。《你知道的黑洞知識90%是錯的》用最迷人的方式，帶你從銀河系中心的超大質量黑洞出發，讀懂恆星如何誕生與死亡、黑洞如何形成，以及如果真的「掉進」黑洞，你會經歷什麼。讀完你會發現，黑洞最吸引人的地方，不是吞噬一切，而是讓我們重新學會如何謙遜地追問世界。（編按）

文／貝琪·史梅瑟博士

萬物的終結

我們所處的宇宙也會終結。看著太空時，我們發現到，平均來說，幾乎來自所有星系的光都出現了紅移。星系彼此遠離的速度在增加，因為宇宙在膨脹。這個在一九二○年代得到的發現，促成了整個科學界最著名的理論之一：大霹靂理論。如果你能夠將時間倒轉，便會看到宇宙中所有的星系彼此之間越來越近，所有的物質最後擠壓在一個無限小的空間中。這個狀況聽起來很耳熟？如果你把任何大量的東西（像是質量、溫度、壓力）擠到一個無限小的空間中，最後就會得到奇異點。

對於大霹靂理論最嚴重的誤解之一，便是認為這是個關於宇宙誕生的理論，但其實不是。大霹靂理論只是描述宇宙從不可思議的高熱與緻密的狀態，演化成我們目前所見具有各種星系形狀與分布的狀況，並沒有解釋當宇宙時間為0時的最初「誕生」瞬間，發生了什麼事。我們的物理學知識讓我們能夠回推宇宙在僅僅只有10的負36次方秒時的狀態，但是在此之前，所有已知的物理定律都會失效。這時重力、電磁力、強作用力（讓原子核聚集的力）、弱作用力（產生放射性的力）這四種完全不同的基本力會合併成一種。為了描述這個時刻，我們需要「大一統理論」（Grand Unified Theory），但是目前還沒有。霍金之前也遭遇類似的狀況。他需要統合量子力學和廣義相對論的理論以便了解黑洞的熵，但是這樣的理論並不存在。

所以，我們並沒有很了解宇宙誕生時的那個奇異點，不過，我們知道這個奇異點和擁有事件視界的黑洞奇異點不同，否則我們就不存在了。因為某些未知的原因，空間開始膨脹，並受到一種我們稱為「暗能量」的力量加速推動，但我們完全不知道暗能量實際上是什麼。物理學的故事距離完結還早得很，對於剛出道的物理學家來說，還有許多謎團待解，而他們將站在本書中提到的所有前輩的肩膀上，繼續向前探索。

宇宙過去138億年以來的歷史，就像是恆星那樣，一直是空間朝外的膨脹與物質朝內的引力之間的拉鋸過程，目前為止是膨脹占上風。但如果我們思索許多億年之後宇宙的最終命運，那便取決於宇宙有多少能量能夠用於膨脹，以及有多少能量能夠用於產生物質。如果兩者達成平衡，那麼宇宙的膨脹速度終將減緩，最後趨近於無限微小的程度。利用密度參數（density parameter），我們有可能計算出相關的結果。密度參數是把宇宙中所有物質、輻射和暗能量總加起來，再除以能夠讓抵銷膨脹的臨界密度（critical density）所得到的數值。如果密度參數是1，那麼宇宙裡面的成分就能夠抵消膨脹，我們便知道宇宙最後會達到平衡，處於穩定的中間狀態。

如果密度參數小於1，那麼物質就不敵膨脹，宇宙最後將會朝著「大撕裂」（Big Rip）的方向前進。膨脹的速度會加快，之後不但會超過重力的作用，甚至還會強過讓粒子聚集成原子的強作用力。宇宙最後會只剩下死氣沉沉的粒子，稀稀疏疏的分散著。

如果密度參數大於1，物質就能夠壓過膨脹。空間的膨脹會開始減緩，接著整個過程倒轉，開始收縮，進入「大崩墜」（Big Crunch）狀態，這時宇宙中所有的物質和能量會收攏（聚集在一起），有些區域的密度高到足以形成特大質量黑洞，這些黑洞又會合併成單一個奇異點。宇宙最後會回歸成初始的狀況，這種循環式宇宙的概念很不錯，甚至有些天體物理學家開始研究「大反彈」（Big Bounce）的可能性：宇宙持續在大霹靂的膨脹和大崩墜的收縮之間循環，永不止息。

為了了解宇宙最後將會走上哪一條道路，我們可以盡力測量出密度參數，目前最為精確的測量值來自於「威金森微波異向性探測器」（WMAP，或威金森微波各向異性探測器）*，這顆衛星觀察宇宙微波背景輻射，那是來自早期宇宙輻射的回聲，能夠揭露當時的狀況。利用WMAP的資料，加上以鄰近超新星計算出來的宇宙膨脹速率，所得到的密度參數為1.02±0.02，這個±0.02是測量值的誤差，代表了宇宙參數在1.00到1.04之間。

WMAP揭示宇宙正處於接近平衡的狀態，然而這個數值偏向於物質終將戰勝膨脹。如果實際的數值確實只比1大了那麼一丁點，宇宙最後的命運將會是「大崩墜」，宇宙中所有的東西會合併成為最後的單一奇異點，是終結所有黑洞的終極黑洞。

所以，即使你正安坐讀這本書，人在太空中疾速飛馳，穩穩地繞著銀河系中央的超大質量黑洞快樂運轉，完全沒有「落入」黑洞的危險，但我確定你會和我一樣忍不住去思索黑洞那不可避免的必然性。我們的生命本質上和黑洞緊密相連，在死後，組成我們身體的原子終究會在遙不可測的未來，納入為宇宙帶來終局的黑洞。希望那裡也有間餐廳。

●本文摘自臺灣商務印書館出版之《你知道的黑洞知識90%是錯的：天文學家寫給所有人的黑洞身世史》。