科学家们可能终于解决了宇宙“失踪”黑洞的问题

在宇宙的早期，我们曾认为存在许多微型黑洞，这些黑洞被称为原始黑洞（PBH），它们被认为在宇宙诞生之初，也就是大爆炸之后的几秒钟内形成。想象一下，这些黑洞就像硬币那么大，它们可能在宇宙的早期，从那些极热、极密集的气体区域中突然形成。

这些原始黑洞非常特别，因为它们被认为是解释宇宙中暗物质的关键。暗物质是一种看不见摸不着的物质，尽管我们无法直接观测到它，但它却对宇宙的重量和结构有着巨大的影响。它使得宇宙比我们能看到的所有星星、行星和其他物质加起来还要重得多。

然而，尽管原始黑洞作为暗物质的候选者非常吸引人，但一个棘手的问题是：我们至今还没有找到任何确凿的证据来证明它们的存在。我们没有直接观测到这些原始黑洞，这使得关于暗物质的许多理论都悬而未决。

幸运的是，最新的研究为我们提供了一些线索。这项研究提出，早期宇宙中的原始黑洞可能比我们之前认为的要少很多。如果这是真的，那么这将为我们理解宇宙中那些“失踪”的物质提供了新的视角，同时也让暗物质的谜团更加引人入胜。

根据这项研究，现代宇宙可能以比之前模型估计的少得多的原始黑洞形成。研究人员在5月29日的《物理评论快报》杂志上发表了他们的发现。"许多研究人员认为它们原始黑洞是暗物质的有力候选者，但要满足那个理论，需要有大量的它们，"东京大学理论物理研究生、主要作者Jason Kristiano在一份声明中说。"它们也因为其他原因而有趣，因为自从引力波天文学的最近创新以来，已经发现了双黑洞合并，如果PBH大量存在，这可以解释。但尽管有这些强烈的理由预期它们的丰富，我们还没有直接看到任何，现在我们有一个模型应该解释为什么是这样。"宇宙在138亿年前由大爆炸开始，由于一种称为暗能量的无形力量，年轻的宇宙向外爆炸。

随着宇宙的不断膨胀，那些与光相互作用的普通物质，像是被看不见的暗物质的引力所吸引，逐渐聚集起来。它们就像被神秘的暗物质团的隐形手牵引着，慢慢凝聚成了宇宙中最初的星系。这些星系不是孤立存在的，它们通过一种我们看不见的、广阔的宇宙网连接在一起，形成了一个错综复杂的宇宙结构。

现代宇宙学家经过研究和计算，得出了一个令人惊讶的结论：在宇宙的总组成中，普通物质只占大约5%，暗物质占25%，而剩下的70%则是神秘的暗能量。这个比例不仅揭示了宇宙的组成，也反映了我们对宇宙认知的局限性。尽管普通物质只占一小部分，但它们构成了我们所熟知的星星、行星和星系。

回到宇宙的最初阶段，那时的宇宙与现在截然不同。它是一个炽热、密集的等离子体汤，充满了高能粒子和强烈的电磁场。在这样的环境中，光线无法自由穿行，因为它们会被四处移动的电荷产生的电磁场所捕获和散射。

但是，随着时间的推移，宇宙逐渐冷却和扩张。大约38万年后，宇宙发生了一个重要的转变。原本炽热的等离子体开始冷却，电子和原子核重新结合，形成了中性的原子。这个重组过程释放了大量的光子，它们在宇宙中自由传播，形成了宇宙的第一道光——宇宙微波背景辐射（CMB）。CMB就像是宇宙的一张婴儿照片，记录了宇宙早期的信息。

宇宙学家一直在仔细研究这张宇宙的"婴儿照片"，希望从中找到早期黑洞的线索。他们认为，通过分析CMB中的微小温度波动，可以揭示早期宇宙的结构和黑洞的分布。然而，尽管科学家们进行了深入的研究，到目前为止，他们还没有在CMB中发现任何黑洞的直接证据。

一些物理学家提出了一个有趣的观点：我们之所以尚未发现大量原始黑洞来解释暗物质，可能是因为我们还没有掌握正确的探测方法。这个想法暗示了一个可能性，即这些神秘的原始黑洞可能就隐藏在我们的视线之外，而我们只是缺少了发现它们的眼睛。

然而，一项新的研究提出了一个颠覆性的结论。这项研究背后的科学家们采用了一种建立在量子场论基础上的高级模型来分析这个问题。量子场论是一种复杂的理论框架，它将量子力学的原理应用于场的概念中，从而为我们提供了一种全新的视角来观察宇宙。

通过将这个先进的模型应用于宇宙中的引力波，研究人员得出了一个惊人的发现：我们之所以找不到原始黑洞，可能是因为它们在宇宙中的数量远远少于我们之前的预期。换句话说，这些黑洞可能并不是因为难以探测而难以发现，而是因为它们本身就非常罕见。

原始黑洞被认为起源于宇宙早期的短而强烈的引力波的坍缩。这些引力波是宇宙大爆炸后留下的时空涟漪，它们在宇宙中传播，携带着关于早期宇宙的重要信息。在这项研究中，科学家们将他们的模型应用于这些引力波，并探索了它们如何影响宇宙结构的形成。

研究人员发现，与其他理论的估计相比，实际上需要更少的引力波就能形成宇宙中的大型结构。这意味着，如果原始黑洞确实是由这些引力波坍缩形成的，那么它们的形成所需的引力波数量也相应减少。因此，原始黑洞的数量可能比我们之前认为的要少得多。

这一发现对于我们理解宇宙的暗物质组成具有重要意义。如果原始黑洞的数量不足以解释暗物质，那么我们可能需要寻找其他的候选者或机制来解释这一现象。这也可能意味着，我们需要重新审视和改进我们对宇宙早期状态的理解。

为了证实他们的理论，研究人员将寻求未来的超灵敏引力波探测器，例如激光干涉空间天线（LISA）项目，该项目预计将在2035年由阿丽亚娜3号火箭送入太空。