Может ли такое быть, что вся наша вселенная находится внутри гигантской черной дыры?
Если брать ту часть Вселенной, которую мы видим, то нет.
Чёрная дыра - это такая область пространства, которой в будущем светит сжимающаяся сингулярность. У неё есть критерии образования, наиболее известный - одна из теорем Хокинга-Пенроуза, ловушечная поверхность (+ некоторое энергетическое условие). Ловушечная поверхность - это такая граница вокруг области пространства, что свет, вылетающий из этой области, всё равно падает внутрь (площадь поверхности сокращается). Энергетическое условие - это ограничение на уравнение состояния вещества внутри области, оно должно вести себя как "нормальное" вещество (нерелятивистские или релятивистские частицы, или электромагнитное поле).
Наша Вселенная, напротив, имеет в прошлом расширяющуюся сингулярность. Теорема Хокинга-Пенроуза применяется к ней наоборот: гласит неизбежность сингулярности в прошлом (правда, без учёта стадии инфляции, сильно нарушающей энергетическое условие). Для начала Большого Взрыва характерны скорости, направленные наружу, - это препятствует коллапсу в будущем. Более того, за счёт тёмной энергии (нарушающей энергетическое условие сегодня), скорости сегодняшние будут в будущем только возрастать, и стадии сжатия никогда не наступит.
В принципе, некоторые космологические модели, которыми сегодня описывается Вселенная, при других значениях параметров (не соответствующих нашей Вселенной), могут быть внутри чёрной дыры. Это описано в книге
Новиков, Фролов. Физика чёрных дыр.
Тж. см.
Пенроуз. Структура пространства-времени.
Хокинг, Пенроуз. Природа пространства-времени.
Вайнберг. Гравитация и космология.
Зельдович, Новиков. Строение и эволюция Вселенной.
Долгов, Зельдович, Сажин. Космология ранней Вселенной (по инфляции).
С. Попов. Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях
http://www.astronet.ru/db/msg/1194831 (по современной модели с тёмной энергией).