宇宙中的天體為何都在旋轉？宇宙本身也在旋轉嗎？

上圖：星云在收縮的過程中，由于角動量守恒，整個星云團的轉速也來越快。這非常類似之前花滑運動員收起手腳的效果。上圖：由于橢圓星系內初期恒星形成太劇烈，因此橢圓星系基本不旋轉（但不是完全不轉，只是旋轉很慢）。而漩渦星系形成初期恒星形成速率不高，恒星持續形成，因此造成了角動量比較大的情況，所以就有比較明確的旋轉。

一個簡單的原因——角動量守恒。我們都知道天體是物質匯聚而成的，引力將物質顆粒向心牽拉聚攏，而這個過程涉及到無數粒子的相互作用以及動量轉化和守恒，其宏觀結果是最終的天體幾乎無法確保旋轉角動量相互抵消為零。絕大多數天體都是不轉的，但也有例外。

下面詳細討論一下：

角動量概念

角動量，是描述圓周運動中物體動量的矢量，是圓周運動中與直線運動動量的對等概念，其大小等于物體的動量，其方向與旋轉方向一致。封閉系統的角動量守恒。

守恒

通俗一點來談守恒，可以描述成“不用就不減少也不增加”，“自己內部不管怎么折騰都不會多一塊也不會少一塊”。其重點在于封閉系統——一個不與外界發生任何作用和交互的系統，一個孤立的系統，一個“不被用”，也“不用其它東西”的系統。

m1*v1*r1=m2*v2*r2

• m1=初質量，m2=終質量
  
• v1=初速度，v2=終速度
• r1=初半徑，r2=終半徑

質量、速度、旋轉半徑構成了角動量的三個要素，如果守恒的話，它們的乘積就是不變的。

角動量守恒是物理學中的關鍵守恒律之一，它與能量和（線性）動量守恒律并列。這些定律甚至適用于量子力學支配的微觀領域，其存在可歸因于自然界中固有的對稱性。

先來看一個角動量守恒的例子

如圖所示，花樣滑冰選手的旋轉動作可以視為角動量守恒的一個例子。花滑選手受到的冰面摩擦力非常小（凈扭矩）幾乎接近于零，這有兩個要點：

1. 冰刀和冰面之間的接觸面積小、摩擦系數小，導致摩擦力非常小，并且（作用力小）
2. 冰面與冰刀尖端之間發生的那點點摩擦力的作用點，非常靠近旋轉軸中心（力矩小）。

上圖：角動量守恒，

• a圖中一位溜冰者在伸直雙臂的同時在其冰刀的尖端上旋轉。她的角動量幾乎不會受到損失，因為（冰刀）施加在她身上的扭力作用很小，她幾乎可以等同于一個封閉系統。
• 在b圖中，她收攏手腳時旋轉速度大大提高，是因為手腳收攏后這部分肢體的旋轉半徑減小了，從而減少了“慣性矩”（類似力矩），慣性矩小了，這又是封閉系統，動量要保持守恒（質量x速度x半徑要保持不變），所以只有速度提升，所以這個收攏身體的動作成為了花滑運動員驚人旋轉的訣竅。

天體的旋轉也是同樣的的原因

但天體形成的過程非常復雜，不過復雜的過程也要遵守簡單的動量守恒定律。

雖然簡單的看，我們可以認為，如果引力是形成天體匯聚的原因的話，那么天體也可以以不旋轉的方式匯聚，因為引力只提供向心的吸引力，就像我們站著不同的時候收回手腳并不會導致我們旋轉。那為什么絕大部分天體都要旋轉呢？

因為天體以不旋轉的方式形成的可能性極小。

“不旋轉”明確意味著“天體具有的固有角動量為零”。要知道，在宏觀尺度上，角動量是一個連續的量，具有無限可能的取值范圍。因此，當一些天體從星云開始匯聚，或從原行星盤中分離出來時，其總角動量會有一個分布，但這個分布是混沌且不均勻的，這導致當行星最終聚攏到形成天體時，其角動量是其構成粒子的角動量的矢量和，且不可能為0。

何況很多天體本身就是不對稱的，即便形成了相對穩定的天體，其角動量分布也是不均衡的。考慮到天體的不均衡性，以及在太空中幾乎可以等價于封閉系統的情況，這些天體最終的自體角動量的總和幾乎不可能精確等于0。

上圖：太陽系形成的星云假說中關于角動量守恒的描述。

• 自體引力使星云收縮；
• 因為角動量守恒使星云變成盤狀（變成盤狀是因為赤道處的轉矩最大），并且開始旋轉；
• 中央質量形成原始太陽，且離心力與引力（向心力）平衡導致了環的形成；
• 環上的物質形成行星

也就是說，旋轉是必然的。不旋轉才是偶然的，而且幾乎不可能。

角動量守恒造就了地球和月球如今的旋轉方式

上圖：原始地球因為被另一顆較小的原始行星Theia撞擊之后，形成了月球。在這個過程中角動量保持守恒。即便是一顆小石頭撞地球也是角動量守恒的。所以你可以想象在任何天體系統當中，微小的變量也可能導致最終整個系統的角動量不可能精確為0，因為即便有一個完美的沒有角動量的系統存在，突然飛來一顆小石子，甚至一顆沙粒就會導致整個系統最終的角動量無法保持為0而旋轉起來（雖然可能會非常慢）。

恒星形成速率影響了星系角動量的分布從而造出了不同形狀的星系

黑洞可以不轉

黑洞質量太大，但黑洞又具有極高的對稱性，因此它可能具有巨大的角動量，但也可能因為其獨特的時空特性而在外部無法表現出旋轉的特征，雖然理論上可能有三種黑洞的旋轉形式。

上圖：黑洞的三種旋轉形式。

• 上：倒轉，黑洞的旋轉方向與吸積盤相反
• 中：不轉，黑洞不轉，吸積盤旋轉（但是否存在絕對不轉的黑洞這很難說）
• 下：順轉，黑洞的旋轉方向與吸積盤相同。

我們的宇宙在旋轉嗎？

答案可能是既在旋轉也沒有旋轉。因為在全宇宙的這個超宏觀的級別上，很難定義角動量和旋轉。