黑洞和原子的驚人相似，雙黑洞結合為「引力分子」，宇宙太神奇了

在宇宙中，黑洞是無與倫比的存在。不論是質量還是引力，都強大到令人們瞠目結舌。

目前人類已經發現了不止一種黑洞，其中比較驚人的是超大質量黑洞，它們的質量至少是太陽的幾百萬倍，甚至有的可以超過太陽的一百億倍質量。另外還有一些恆星級黑洞，它們都是大質量恆星死亡後留下的殘骸，其質量至少也是太陽的3倍。包括最近發現的中等質量黑洞，質量也在太陽的100倍以上。

但是，就是這些質量驚人的天體，竟然表現出了和微觀粒子相似的特徵，著實令科學家感到不可思議。

無處不在的場

在研究黑洞和微觀粒子的相似性之前，我們首先要了解一個概念，那就是場。

所謂的場，可以理解為是一種環境，比如溫度、壓力、密度、溼度等，都可以看作是場。它影響著內部相關物質的變化，比如磁場中的鐵屑會在磁力的作用下運動、排布。另一方面，場又受到場源的影響，比如磁鐵的磁力強弱可以影響磁場的強度。

一般來說，磁場分為標量場、矢量場和張量場。

（圖片說明：馬蹄形磁鐵形成的磁場）

• 所謂的標量場，也就是單純地通過數字就能夠表示的一些物理量場。比如溫度、氣壓，不會因為你朝著哪個方向而變化。
• 和標量相對應的，還有矢量。和標量不同的是，矢量還有方向這個因素。比如外面正在下一場雨，你通過當時刮的風就知道家裡哪一側的窗戶可能會有雨水進來。如果外面是北風，你就要關掉北側的窗戶。當然，如果風非常小，那麼也無法把雨水吹進來。因此，對於矢量來說，大小和方向都很重要。
• 除此之外，還有張量場，指的是空間中的每一點的屬性都可以以一個張量來代表，比如廣義相對論的應力能張量場。不過大家在本文中不需要理解矢量場和張量場，我們僅僅討論標量場。

在同一個時空下，可能同時有多個場的作用。比如說我們地球上，就既有地球的引力場，也有地球的地磁場，這些都是地球的「環境」。但是，場的概念又遠遠超出了僅僅是「環境」這樣的描述，比如在量子力學領域。

電子云

我們知道，量子力學中有一條著名的原理，那就是測不準原理，指出我們不可能同時測出一個電子的速度和所在位置，無法描述一條它確定的運動軌跡。很多人都說電子繞原子核運動的方式就像是行星和恆星的關係，實則大謬，因為原子的行星模型是已經被推翻的理論，電子根本不是以這樣的形式來運動。

（圖片說明：電子云模型）

實際上，電子在原子周圍的運動應該是按照玻爾的電子云模型，也就是薛丁格波函數描述的內容。也就是說，電子在原子周圍的哪個位置是不確定的，只是出現在某個位置的概率大一些，某些位置概率小一些，通過密度來描述電子出現的概率，最終就形成了電子云模型。

這也是愛因斯坦和玻爾爭論的焦點之一，愛因斯坦不相信這麼隨機的事情發生。但情況就是這樣，薛丁格用波函數這樣的數學形式，描述了電子云的理論（雖然他自己也是愛因斯坦陣營的）。而這個電子云，我們就可以理解為是一種場。

黑洞和電子的驚人相似

好了，前面介紹了這麼多，我們終於要進入正題了。科學家發現：雖然一個是極其巨大的宏觀天體，另一個是顯微鏡都看不清的微觀粒子，但黑洞和電子有著驚人的相似性。

首先，電子具備三個極其重要的物理量，分別是質量、自旋和電荷。而1973年的時候，霍金等人提出了著名的黑洞無毛定理，指出：黑洞在形成之後將損失一切信息，只留下質量、角動量和電荷三個物理量。注意，電子的自旋不是你以為的自轉，它其實就是一種內稟角動量。因此可以說，電子和黑洞的重要物理屬性，其實是一模一樣的！

（圖片說明：霍金和他的黑洞無毛定理）

雖然我們不知道這到底是源自於某種未知的宇宙法則，抑或僅僅是一種巧合，但是目前來說，我們似乎可以利用這樣的相似性來理解黑洞。

雙黑洞——宇宙的分子？

利用場和電子云的概念，我們可以將電子云理解為一種場，而電子云中的原子核就是影響這個場的源頭。原子核的變化，決定了電子云的變化。如果是兩個原子結合，就像兩個氫原子結合成氫氣分子、兩個氧原子結合為氧氣分子的情況，電子云也會受到影響，那就是形成共價鍵。

（圖片說明：兩個氧原子結合為氧分子時，每個原子都要貢獻兩個電子形成共價鍵）

有趣的是，黑洞也會出現類似的情況。

我們可以將黑洞看作是一個原子，中心的奇點就代表原子核。而周圍的標量場，就可以近似地看作是電子云。和原子核影響電子云一樣，奇點也決定了這個標量場的變化，並且只允許相對應的粒子在特定位置有概率出現。同樣的，就像原子核僅僅佔了原子的極小空間卻牢據絕大部分質量一樣，奇點也只是黑洞中心的一個點，卻幾乎是黑洞全部質量的集中點。

（圖片說明：即將在40個公轉周期後碰撞的雙黑洞）

更有趣的是，就像氫氣、氧氣這種雙原子分子一樣，宇宙中也有雙黑洞。而最近的研究表明，雙黑洞周圍確實存在著引力的標量場，使得一些粒子像雙原子分子中的電子一樣排布。因此，研究人員們將這樣的雙黑洞系統稱為宇宙中的「引力分子」。

在廣袤的宇宙中，黑洞就像是一個原子，雙黑洞就像是雙原子分子。在極大的宏觀天體和極小的微觀粒子之間，我們竟然看到了詭異的雷同。

暗物質的蛛絲馬跡

科學家之所以對這個問題進行研究，可不是像一些崇尚玄學的人一樣認為黑洞就是微觀粒子，他們只是希望通過這項研究尋找暗物質。

我們知道，暗物質佔據了宇宙總質量的85%甚至可能更多，但是我們又完全不知道它們的本質是什麼，只知道它們不和可見物質有相互作用，只是能提供引力。因此，有些科學家認為，暗物質或許是宇宙中的一種標量場。

如果真的是這樣，那麼雙黑洞或許是我們研究暗物質的重要對象，因為雙黑洞形成的場會讓暗物質按照特定的位置出現，就像是電子一樣。通過對雙黑洞併合過程中的引力波探測，科學家或許能夠找到暗物質的蛛絲馬跡，前提是這個猜想是正確的。