黑洞很就已經(jīng)很難理解了，但白洞還要更難理解。
白洞也被稱為“不可能的可能性”，它是一種假想的天體，以一種時(shí)間反演黑洞(在時(shí)間上顛倒的黑洞)的方式釋放能量。簡單來說，白洞就是黑洞的反義詞，一個(gè)黑洞會(huì)吸噬所有穿過它視界的物質(zhì)，而一個(gè)白洞會(huì)爆炸性地將最初被黑洞吸噬的所有物質(zhì)吐出來。
白洞是一個(gè)假設(shè)的概念，并且有時(shí)候很難理解。但希望在看完這篇文章之后，我們能對(duì)這個(gè)迷人的現(xiàn)象有更多的了解。
10. 黑洞的反義詞
黑洞是時(shí)空中的一個(gè)區(qū)域，有著無限大的密度和引力，以至于任何東西，甚至連光都無法逃離它。一旦一個(gè)物體穿過黑洞的視界，它就會(huì)經(jīng)歷一個(gè)聽起來很可怕的過程，這個(gè)過程被稱為“面條化”，然后最終被湮滅。例如，如果一個(gè)發(fā)光粒子穿過黑洞的視界，它的波長會(huì)變得越來越長，并且會(huì)失去能量，直到它無法被探測(cè)到為止。此外，黑洞中強(qiáng)大的引力會(huì)讓遠(yuǎn)處的觀察者覺得時(shí)間似乎變慢了，以至于到達(dá)視界似乎都要花費(fèi)無限的時(shí)間。
因此，如果一個(gè)黑洞就像一個(gè)通向湮滅的單向入口，那我們有沒有可能從另一端進(jìn)入這個(gè)入口，并朝相反的方向移動(dòng)呢?從理論上講，這一想法是完全行得通的，因?yàn)閺V義相對(duì)論和牛頓物理學(xué)都是時(shí)間對(duì)稱的概念。而這個(gè)相反的通道正是被稱為白洞的一個(gè)理論概念。白洞可以被認(rèn)為是黑洞的時(shí)間倒轉(zhuǎn)等價(jià)物。
由于其難以捉摸的性質(zhì)，白洞被人們稱為“數(shù)學(xué)上的怪胎”，他通常被認(rèn)為與龍和北海巨妖一樣都是虛構(gòu)和幻想的東西，白洞甚至還被認(rèn)為是“跨越神話與現(xiàn)實(shí)界限的宇宙生物”。
9. 白洞的概念
用加州理工學(xué)院物理學(xué)家肖恩·卡羅爾( Sean Carroll)的話來說，“黑洞是一個(gè)你可以進(jìn)去但永遠(yuǎn)無法逃脫的地方;白洞是一個(gè)你可以離開，但你永遠(yuǎn)不能回去的地方?！币虼耍锥匆彩菃蜗蛲ǖ馈贿^是只能出去不能進(jìn)去。然而，黑洞白洞這兩種結(jié)構(gòu)都具有相同的數(shù)學(xué)和幾何特征(因?yàn)槔碚撋纤鼈冎皇潜舜说膶?duì)立面)，所以它們的幾何本質(zhì)上都由奇點(diǎn)(在無限小的空間中包含一個(gè)巨大質(zhì)量的一維點(diǎn))和視界(一個(gè)概念邊界)組成，雖然有大量的證據(jù)支持黑洞的存在，但可以證明白洞存在的證據(jù)卻少之又少。此外，即使白洞是廣義相對(duì)論方程的解，“它們也是不現(xiàn)實(shí)的，”天體物理學(xué)家安德魯·漢密爾頓(Andrew Hamilton)說。事實(shí)上，現(xiàn)在關(guān)于白洞的討論的確也是圍繞著“不現(xiàn)實(shí)的”、“假設(shè)的”和“想象的”這些詞。
8. 白洞的形成
大多數(shù)黑洞是在超新星爆炸中恒星坍塌形成的。然而，有人認(rèn)為黑洞在終結(jié)生命的時(shí)候會(huì)轉(zhuǎn)化成白洞，而白洞會(huì)爆炸般地釋放出被黑洞吞噬的所有信息。根據(jù)這個(gè)模型(由馬賽大學(xué)的Carlo Rovelli和Hal Haggard開發(fā))，黑洞在形成后不久就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榘锥础?/p>
當(dāng)黑洞形成時(shí)，它是被它的視界所屏蔽的(在視界之內(nèi)沒有任何東西可以逃離黑洞的引力);然而，在某一時(shí)間點(diǎn)上，在自身重力作用下坍縮的恒星將互達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，超過這個(gè)臨界點(diǎn)之后它就不能再收縮了，在這一刻，它就會(huì)經(jīng)歷一個(gè)叫做量子彈跳的向外壓力——正式地從一個(gè)黑洞變成了一個(gè)白洞。根據(jù)團(tuán)隊(duì)的計(jì)算，黑白洞的轉(zhuǎn)換應(yīng)該是瞬時(shí)的，然而，黑洞似乎存在了數(shù)十億年，這是由于它們強(qiáng)大的引力使得時(shí)間在觀察者看來似乎變慢了。
正如《自然》雜志所寫，“如果黑洞可以變成白洞，并再次釋放出所有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它將為基礎(chǔ)物理中最棘手的問題之一(更具體地說，是信息悖論)提供一個(gè)解決方案?！比欢?，在這句話中，“如果”這個(gè)詞是至關(guān)重要的，因?yàn)樗嵝盐覀?，白洞在很大程度上仍然是假設(shè)的概念，而這個(gè)建議只是一個(gè)理論。
7. 流行文化中的白洞
是的，這些現(xiàn)象也激發(fā)了作家和電影制片人的想象力。在道格拉斯·亞當(dāng)斯所著的《銀河系漫游指南》中，有一顆行星上居住著一群外星人——他們利用從白洞中噴射出來的物質(zhì)和信息創(chuàng)造了世界!在瓊·斯洛切夫斯基(Joan Slonczewski)的小說《兒童之星》(the Children Star)中，一個(gè)組織計(jì)劃利用一個(gè)白洞消滅行星上現(xiàn)存的生命，這樣它們就可以將行星地球化，改造成適合人類殖民者居住的星球。
此外，在《變形金剛》的一集中(“The Killing Jar”)，幾個(gè)角色被傳送到了一個(gè)黑洞——在那里他們發(fā)現(xiàn)自己被困在了一個(gè)由反物質(zhì)組成的負(fù)宇宙中，后來他們通過一個(gè)白洞才逃離了這個(gè)負(fù)宇宙(這個(gè)白洞將他們彈回他們自己的宇宙)。在電影《黑洞》(1979)中，一艘宇宙飛船被黑洞吞噬，然后被一個(gè)白色的洞吐出，被吐出之后，飛船上的人們發(fā)現(xiàn)自己身處的地方與此前的完全不同!
這些都是一些有趣的描述，非常準(zhǔn)確地反映了一些科學(xué)推測(cè)。不知何故，盡管這些都是虛構(gòu)的描述，但它們讓白洞的概念對(duì)我們來說更真實(shí)……因?yàn)楹诙炊家呀?jīng)被證明存在了，那為什么白洞就不能存在呢?
6. 熱力學(xué)第二定律
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，宇宙的熵(系統(tǒng)缺乏秩序或可預(yù)測(cè)性的度量標(biāo)準(zhǔn))總是在增加的。而正是這一普遍規(guī)律使存在白洞的可能性陷入危機(jī)。因?yàn)槿绻娴拇嬖诎锥吹脑?，它們就違反了熱力學(xué)第二定律。因?yàn)檫@個(gè)定律表明，作為一個(gè)孤立的系統(tǒng)，整個(gè)宇宙的熵總是隨著時(shí)間的推移而增加的。
黑洞這種宇宙天體完美地遵循著這條定律——因?yàn)楹诙纯梢栽诤荛L一段時(shí)間內(nèi)吞噬天體，從而將它們的物質(zhì)擴(kuò)散到更大的空間，并增加它們周圍環(huán)境的混亂程度。但另一方面，從理論上講，白洞所做的卻恰恰相反——它們會(huì)使物體或分散的材料排列有序，這就違反了熱力學(xué)第二定律。當(dāng)然，任何違反這一普遍規(guī)律的現(xiàn)象肯定是極其不穩(wěn)定的，因此也不可能存在超過幾秒鐘的時(shí)間。那么，白洞存在的可能性是怎么來的呢?
5. 永恒黑洞理論
白洞出現(xiàn)在永恒黑洞理論中——永恒黑洞是物理學(xué)家和宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金提出的有趣的概念。人們普遍認(rèn)為，物質(zhì)一旦進(jìn)入黑洞就是永久丟失的了，完全沒有逃脫的可能。然而，霍金預(yù)言黑洞應(yīng)該會(huì)通過輻射逐漸失去能量(這符合熱力學(xué)第二定律)，因此，黑洞會(huì)不斷地向視界外輻射能量，最終失去所有能量，黑洞本身也不復(fù)存在。
但一個(gè)黑洞可不可以永遠(yuǎn)存在，并扮演著宇宙保險(xiǎn)箱的角色?簡單地說，一個(gè)永恒的黑洞是一個(gè)可以吸收物質(zhì)、而不會(huì)通過輻射失去物質(zhì)的黑洞?；旧?，一個(gè)永恒的黑洞可以永遠(yuǎn)吞噬信息，然而，這違反了熱力學(xué)第二定律——因?yàn)樗砻饔钪娴撵卦跍p少。
正如《新科學(xué)家》雜志所寫，“這個(gè)不太可能存在的物體(永恒的黑洞)是通過觀察一個(gè)更深?yuàn)W的實(shí)體——白洞而發(fā)現(xiàn)的?！睆睦碚撋现v，一個(gè)永恒的黑洞與一個(gè)白洞是相反的：一個(gè)白洞噴出物質(zhì)而不讓任何東西進(jìn)入，而一個(gè)永恒的黑洞則吸入物質(zhì)而不讓任何信息逃逸。因此，當(dāng)把一個(gè)永恒的黑洞(這個(gè)黑洞有可能儲(chǔ)存極其敏感的信息)概念化時(shí)，白洞就有了理論上的應(yīng)用。
4. 白洞和宇宙大爆炸
我們大多數(shù)人對(duì)大爆炸理論都有一個(gè)大致的概念：大約137億年前，宇宙中的物質(zhì)被壓縮成一個(gè)無窮小的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)在一次熱爆炸后不斷擴(kuò)大，直至今天仍然在擴(kuò)大。這個(gè)宇宙大爆炸理論有大量的證據(jù)支持，其中就包括我們觀測(cè)到所有的星系都在遠(yuǎn)離我們這一事實(shí)。
然而，物理學(xué)家和宇宙學(xué)家圍繞著白洞的概念提出了一個(gè)有趣的想法。有人認(rèn)為，大爆炸的原因可能是一個(gè)白洞——因?yàn)榘锥纯梢越忉屪园l(fā)出現(xiàn)如此巨大的能量和物質(zhì)的現(xiàn)象。甚至有人在《5D真空中一個(gè)假白洞的原始爆炸》(The primordial explosion of a false white hole from a 5D vacuum)這篇論文中提出，宇宙大爆炸是由一個(gè)白洞爆炸產(chǎn)生——據(jù)推測(cè)，這次白洞爆炸噴射出了之前被黑洞吞噬的所有物質(zhì)和信息。當(dāng)然了，這個(gè)理論正確與否我們無從得知，但話又說回來，一想到我們都是從一個(gè)白洞里鉆出來的真的很令人著迷。
3.我們發(fā)現(xiàn)白洞了嗎?
在2006年6月14日的一次難忘發(fā)現(xiàn)之后，白洞似乎不再只是理論了。在這一天，美國宇航局的雨燕號(hào)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了一個(gè)異常強(qiáng)大的伽馬射線暴;這個(gè)現(xiàn)象被稱為GRB 060614。然而，這次伽馬射線暴并不符合這些現(xiàn)象的正常范疇和參數(shù)，因?yàn)檫@種射線暴通常發(fā)生在低恒星生成區(qū)域，或者通常與超新星有關(guān)。
此外，雖然典型的伽馬射線暴只持續(xù)幾秒鐘，但2006年6月探測(cè)到的那次伽馬射線暴卻持續(xù)了102秒，其強(qiáng)度是我們恒星的數(shù)萬億倍!由于這次突然的巨大爆發(fā)并非源自超新星，天文學(xué)家和天體物理學(xué)家只能得出這樣的結(jié)論：它是憑空出現(xiàn)的，或者它來自一個(gè)極其微小的斑點(diǎn)，在那102秒結(jié)束后，它就自行坍縮了。
2006年伽馬射線暴的特征與人類對(duì)白洞掌握的稀少信息完全吻合：白洞會(huì)在湮滅之前的幾分鐘里會(huì)噴射出大量的物質(zhì)。當(dāng)然，這一驚人的現(xiàn)象并不能證實(shí)白洞的存在，但它確實(shí)引發(fā)了一些有趣的猜測(cè)。
2. 黑洞，白洞，蟲洞
令人驚訝的是，有人推測(cè)，在黑洞的另一端都有一個(gè)白洞：因此，被黑洞吞噬的物質(zhì)和信息會(huì)被白洞噴射到另一個(gè)宇宙中。奧地利物理學(xué)家路德維?！じダ?Ludwig Flamm)也提出，時(shí)空中的這兩個(gè)區(qū)域可以通過時(shí)空管道連接起來，黑洞的“入口”和白洞的“出口”可以位于兩個(gè)完全不同的宇宙中!這些推測(cè)實(shí)在是太有趣了，以至于愛因斯坦和內(nèi)森·羅森都進(jìn)一步探索了這些想法，最終在1935年達(dá)成了一個(gè)被稱為愛因斯坦-羅森橋(或洛倫茲蟲洞或史瓦西蟲洞)的解決方案。蟲洞可以被定義為一個(gè)假想的扭曲時(shí)空區(qū)域，它具有足夠的能量在時(shí)空結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建出一個(gè)隧道。
因此，完整的史瓦西幾何包括一個(gè)黑洞，一個(gè)白洞，和在黑洞和白洞的視界上通過蟲洞連接的兩個(gè)不同的宇宙;蟲洞是愛因斯坦方程的精確解。史瓦西度規(guī)有兩個(gè)解，正平方根和負(fù)平方根。后者代表一個(gè)白洞，即一個(gè)在時(shí)間上倒退的黑洞。
說實(shí)話，科學(xué)世界中的理論和方程式多到令人震驚……誰會(huì)想到在黑洞的另一邊，在另一個(gè)宇宙中，會(huì)有一個(gè)白洞不斷噴射出已經(jīng)丟失的信息呢?
1.時(shí)間旅行的可能性
白洞的存在和概念是否會(huì)導(dǎo)致時(shí)間旅行領(lǐng)域的進(jìn)步?據(jù)推測(cè)，在某些特殊情況下，蟲洞(或愛因斯坦-羅森橋)并不是連接空間上的兩個(gè)點(diǎn)，而是連接時(shí)間上的兩個(gè)點(diǎn)。因此，一個(gè)掉進(jìn)黑洞的物體可以穿過蟲洞，再被白洞噴射出另一個(gè)空間或時(shí)間!然而，這個(gè)想法有幾個(gè)缺陷：首先，蟲洞非常不穩(wěn)定，它會(huì)立即自行坍塌，其次，任何進(jìn)入黑洞的物體都會(huì)被黑洞巨大的引力撕裂。
加州理工學(xué)院的基普·索恩(Kip Thorne)提出了另一種可能性，他提出的蟲洞具有以下特征：蟲洞的一端在地球上，另一端位于宇宙飛船中(飛船目前位于地球上)。我們暫且不談他的提議的技術(shù)細(xì)節(jié)，其他宇宙學(xué)家和物理學(xué)家已經(jīng)假設(shè)了許多其他時(shí)空旅行的情形……其中大多數(shù)包括黑洞、蟲洞和白洞。我們永遠(yuǎn)也不知道——也許在幾百年后，這三種現(xiàn)象(其中兩種目前是假設(shè)的)可能真的可以允許人類進(jìn)行時(shí)間旅行!
盡管白洞只存在于“理論上”，但這種情況可能不會(huì)持續(xù)太久。畢竟，它們是廣義相對(duì)論方程的有效解……而且還有令人興奮和難忘的2006年的那次發(fā)現(xiàn)呢!我們不能忘記：黑洞曾經(jīng)也是理論上的假設(shè)。在天體物理學(xué)的世界里，有非常多的現(xiàn)象曾經(jīng)也只是理論性的!白洞可能存在也可能不存在，但這并不會(huì)阻礙著我們停止質(zhì)疑、并試圖解開它們背后的秘密。一旦一個(gè)謎題出現(xiàn)在人類面前，人類的自然本能就是永不放棄……希望我們能很快解開這個(gè)白洞之謎。
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