我們知道，如今的宇宙極其空曠，如果把宇宙中的物質全部打散然后均勻分布，那么每立方米僅有 6 個氫原子！這相當于在地球這么大的空間里只有一粒沙！雖然如今的宇宙極度稀疏，但是按大爆炸理論來說，宇宙的早期應該非常致密。如果密度足夠大就會形成黑洞的話，那為什么當時的宇宙沒有直接坍縮成一個大黑洞呢？

根據廣義相對論，當物質被壓縮到足夠小的尺度時，物質的密度足夠大便會使周圍的時空極度扭曲，扭曲到哪怕是光也無法從中逃脫，因此人們稱其為黑洞。隨著物質的質量不同，這個無法逃脫的范圍也不相同，表現出來就是不同的黑洞大小。

自然界中的黑洞，通常是些大質量恒星死亡坍縮后形成的，也就是恒星級黑洞。除此之外還有更大的，比如星系中心那種超大質量黑洞，它們的質量甚至可以高達數百億倍太陽質量。這只是已經在自然界中發現的天然存在的黑洞，而理論上來說，只要密度足夠高，即使質量沒那么大也可以成為黑洞。比如假如把你壓縮到原子核大小，那么你就成為一個粒子級別的微型黑洞。可以看出，無論是大黑洞還是小黑洞，要想成為黑洞首先得有物質，而這正是大爆炸之初宇宙所缺少的。

刨去 t=0 時刻的大爆炸奇點不說，在 1 個普朗克時間之前（10^-43 秒）的普朗克時期，雖然此時宇宙的半徑只有 1 個普朗克長度，但是這時的宇宙中并沒有任何物質。不僅是物質，甚至連四大基本力這時候都還沒有各自獨立出來，此時它們還是統一在一起的“超力”。之后引力率先從超力中分離出來，雖然有了引力，但是此時宇宙中仍然沒有任何可被稱為物質的東西。

到了 10^-36 秒，這時候的宇宙發生了一次重要的相變，這次相變不僅使強力分離了出來，同時還誕生了一種只與正常物質存在微弱相互作用的大質量奇異粒子 —— 暗物質。雖然暗物質究竟是什么至今仍不清楚，但是可以肯定的是它們有引力作用。既然引力和物質都有了，這回總該能產生黑洞了吧？巧的是，還沒等暗物質開始聚集，此時宇宙立刻進入了瘋狂膨脹的暴脹時期。

暴脹是宇宙在極早期經歷的一次極其短暫但是是指數級的快速膨脹。只用了 10^-33 秒的時間，整個宇宙膨脹了 10^26 倍，相當于從一個原子瞬間膨脹到一整個星系的規模！這個速度之快已經遠遠大于光速，此時的暗物質還沒來得及聚集，就已經被均勻打散到了宇宙各處。有人可能會有疑問：那這物質的運動豈不超光速了嗎？由于宇宙膨脹是空間自身的一種膨脹，并不是物質的真實運動，可以說只是一種視覺超光速，所以并不違背相對論。

綜上所述，即使宇宙在早期有著足夠高的密度，但是它本身并不會坍縮成黑洞。此外還有個關鍵的地方，這種“宇宙黑洞”和“宇宙中的黑洞”并不是一回事。平時我們說的黑洞，都是在宇宙空間中出現的，此處原本平坦的空間被質量彎曲了。也就是說黑洞也在空間中，它只是空間中一處特殊的地方。但是宇宙之外沒有空間，至少沒有我們所謂的這種空間，所以嚴格來說這種“宇宙黑洞”并不是廣義相對論描述那種普通黑洞。

雖然宇宙本身無法變成黑洞，那宇宙中的物質或者說某種能量會不會坍縮成黑洞呢？

一些密度漲落確實可能會造成某些區域的密度足夠高，從而產生一些小黑洞，它們可以被稱為“原初黑洞”。但是對于宇宙所有物質整體坍縮成黑洞這事依然不可能，因為宇宙中物質的密度太過均勻了。

想象一個位于均勻球體中心的點，該點受到的所有方向上的合力正好相互抵消，此時合力正好為 0。就像假如把你安全送達地球的地心，那么此時的你將基本處于失重狀態。

那對于中心以外的地方，那里的物質不還是可以聚集嗎？別忘了，宇宙沒有所謂的中心，或者說宇宙處處是中心，具體這就要說到宇宙的形狀問題了。

之前我們說過，根據現階段的觀測數據，我們的宇宙整體上是平坦的。這個平坦不是說宇宙是個二維平面，而是說它整體曲率是 0，可以理解成它是一個三維的歐幾里得空間。平坦的宇宙意味著什么呢？意味著我們宇宙可能是無限的，沒有盡頭。對于一個四面八方無限延伸且物質均勻分布的空間來說，不管你在哪它受到的合力都為 0。

你可能又會有疑問：宇宙不是經歷了大爆炸的膨脹階段嗎，那它應該是從小變到大的呀，如果宇宙是無限的，那這個從小到大的過程又是怎么回事呢？

不得不說，這確實是個有意思且深刻的問題，只能說目前的觀測結果對于這兩種情況都是支持的。那我們該如何理解它呢？

在宇宙學里，當我們說宇宙從小變到大時，其實指的不是宇宙的總大小，而是宇宙的尺度因子。尺度因子可以理解為一個描述宇宙膨脹的參數。在大爆炸初期，宇宙的尺度因子非常小，也就是宇宙中的各點挨得非常近。隨著時間流逝，這些點開始彼此遠離，對應的就是尺度因子增大了。也就是說，說它變大只是內部各點之間的間距變大了，對于整個宇宙來說它可能本來就是無限大的。總之宇宙膨脹并不要求宇宙是無限還是有限，一個無限的宇宙仍然可以從一個非常致密的狀態開始膨脹，從這點來看兩者并不沖突。

我知道，這確實很難理解，它有點像我們以前介紹過的永恒暴脹的概念。我們的宇宙只是整個宇宙的一部分，只是一塊已經停止了暴脹的區域。在這之外，要么是仍然處于暴脹的區域，要么是另一個已經停止暴脹的平行宇宙。

當然，不管是大爆炸還是平坦宇宙，又或是永恒暴脹理論，這些都只是基于現有觀測證據的一些理論和猜想。所以呢，大家不用太在意宇宙大爆炸存不存在，宇宙到底有沒有邊界這些問題的答案。這些理論，甚至可以說所有的科學理論，它們都只代表了現階段的正確。假如未來有新的顛覆性證據出現，那么理論隨之修改就是了，大不了重新建立一套更完善的理論。但這并不意味著之前的理論就沒有用，它們的存在對整個科學發展史來說，仍然有著承上啟下的重要意義。

本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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總結

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