宇宙在膨胀,星系之间的距离每时每刻都在拉大。可你的身高没有跟着长,地球没有变大,太阳系也没有变宽。教科书给的解释是,凡是被引力牢牢捆在一起的东西,都对宇宙膨胀免疫。
黑洞是宇宙里引力最强的东西,按理说最该免疫。可两位理论物理学家瓦莱里奥·法拉奥尼(Valerio Faraoni)和马西米利亚诺·里纳尔迪(Massimiliano Rinaldi)最近提出,黑洞恰恰躲不掉。它们得跟着宇宙一起长大。
这个说法来得正是时候,因为天文学家手里攒了一堆解释不通的观测。
过去几年,韦布空间望远镜(JWST)和其他新建的观测设备一直在往宇宙深处看,看到的是宇宙刚诞生时的样子。它们在那里找到了超大质量黑洞,而且是待在“婴儿”星系里的超大质量黑洞。这些星系形成于大爆炸之后仅仅几亿年,按理说根本养不起这么大的黑洞。
问题出在黑洞的吃饭速度上。气体往黑洞里掉的时候会被剧烈加热、发出强光,光的压力反过来把外面的气体往外推。吃得越猛,推得越狠。所以黑洞吞气体有一个物理上限,叫爱丁顿极限。按这个上限算,宇宙那时候太年轻,黑洞根本来不及长到韦布看到的那么大。
要么观测有错,要么理论有洞。法拉奥尼和里纳尔迪把目光投向了理论最底层的假设。
物理学家算黑洞,通常用100多年前得出的史瓦西解。为了让数学好算,它把黑洞当成一个孤零零、一动不动的物体,周围是无边无际、永远不变的真空。这个假设在100年前无可厚非。可今天的天体物理学家最清楚的一件事,就是宇宙既不空,也不静。
两人在此前的研究中试过把这个静止背景换成真实的膨胀宇宙,结果算出一个“裸奇点”。奇点是黑洞中心密度无穷大的那个点,正常情况下被视界包在里面,外界永远看不到。裸奇点就是没有视界遮挡、赤裸裸暴露在外的奇点,物理学界普遍认为这种东西不该存在。数学走到这里就走不通了。
这一次他们换了个思路,改为追踪黑洞的表观视界,也就是引力强到连光都逃不出去的那条边界。然后问了一个简单的问题:这条边界膨胀得比宇宙慢、比宇宙快,还是一样快?
他们建了一系列数学模型,推演一个诞生于早期宇宙的黑洞会有什么命运。在所有可能里,只有一种在数学和物理上都站得住脚:黑洞最终会和宇宙“共动”,膨胀得和宇宙一模一样快。
听着简单,牵连却很大。
先看韦布的悬案。如果黑洞会随宇宙膨胀而变大,那些早期宇宙里的超大质量黑洞就不必只靠吞气体长个子,宇宙膨胀本身就在推着它们膨胀。爱丁顿极限卡住的是吃饭速度,卡不住这一条。它们看起来不该那么大,是因为我们一直以为它们只能靠自己长。
再看引力波探测器的另一桩悬案。恒星死亡塌缩成黑洞时,理论上存在一段质量禁区,叫上质量间隙,恒星演化造不出这个质量段的黑洞。可LIGO和室女座引力波探测器(Virgo)这些探测器偏偏捕捉到了落在禁区里的黑洞相撞。如果黑洞会随时间持续膨胀,一个诞生时合规的小黑洞,完全可能后来长进禁区。
这个理论对日常生活没有任何影响。电磁力和引力把你的身体、这颗地球捆得远比宇宙膨胀的拉力紧。可对黑洞来说,即便是它那样极端的引力,似乎也挡不住宇宙膨胀的拉扯。
这项研究目前只是发在arXiv上的预印本,尚未经过同行评议,眼下还停留在理论阶段。但它给出的预言足够具体,可以拿去和观测比对。韦布空间望远镜和其他设备源源不断送回的数据,很快就能给它一个说法。
~~~~~~
图为超大质量黑洞周围环境的艺术想象图,图源:欧洲南方天文台(ESO) / M. Kornmesser
信源:Tomaswick, Andy. "Do Black Holes Grow along with the Universe? A New Study Says Yes." Phys.org, edited by Lisa Lock, 8 Sept. 2026
