白洞與黑洞,這對孿生兄弟,究竟存在怎樣的內在聯繫?

2020-12-01 天文在線

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人類在宇宙中哪裡可以找到「白洞」?

白洞是黑洞的對立面:一種可視的奇異現象!愛因斯坦的引力場方程對時間是對稱的(時間反轉不變性),即場方程的解做一次時間反轉變換後的結果仍然是一個解!一個不自旋的白洞對應著一個施瓦西黑洞的愛丁頓-芬克斯坦解。

圖解:事件視界望遠鏡(EHT)在2017年4月10日拍攝到的位於M87星系中心的超大質量黑洞,圖源:wiki

在數學上黑洞的解做一次時間變換,得到白洞的解,並且得到如下結論:物質和輻射將會源源不斷地從這個時空中流出!當然這些物質天文學家們之前還沒有觀測到。這些本來可見的直接展示在我們眼前的奇異現象,受到羅傑· 彭羅斯的宇宙審查假說的約束,根據他的理論,這些現象被隱藏在事件視界之後(不能夠發射出來)。如果不是這樣的話,因果違背現象就會出現。

圖解:蟲洞的構想示意圖,圖源:Tecent

廣義相對論允許時空之間通過某種方式「粘連」在一起,因為宇宙的結構並不是由引力場方程而決定的。於是,我們或許可以構造一個把黑洞和白洞連接在一起的結構。理論工作者們將這種結構稱為愛因斯坦-羅森橋或者蟲洞。蟲洞會在黑洞的一端將物質和輻射「吞下」,這些貨物通過一個狹長的時空通道,在白洞的一端被排出。這種很有新意的結構可以在平面時空甚至是宇宙間飾演時空通道的角色。理論指出,這種橋型結構存在於兩個點狀物之間,即中心奇點。

到目前為止,觀測到的宇宙現象還沒有一個能夠表明宇宙中可能存在白洞。

哪裡都不存在白洞。

白洞目前只是假定的數學上的構想,廣義相對論中黑洞解的時間變換而已。

白洞的本質經常被誤解。不,白洞不含有負質量以及排斥引力。甚至白洞比這些還神奇。他們是宇宙中真正的時光機器,他們的未來決定了他們的過去。

下面讓我來解釋一下這一點。現在想像一個黑洞,假定一個粒子的初始位置和初速度是確定的,它現在的狀態完全符合天體動力學的物理規律,不過這個微觀粒子是從事件視界的地方入射。我們可以得到結論:這種情況是不可能存在的,因為沒有一個過去的運動軌跡能夠符合我上面確定的位置和速度。白洞也是一樣的道理,只是時間變換了:這樣位置和速度都不可能找得到,因為粒子入射時這樣的位置和速度他們會引發不可能出現的未來。

你八成會說這樣不符合邏輯,或者至少與我們理解的因果關係相悖。但是白洞事實上就是這樣。他們在演算上就是黑洞的時間反轉變換,他們的未來因,他們的過去是果。

圖解:愛因斯坦的引力場方程 圖源:bilibili

從數學的角度來講,白洞符合廣義相對論,是一個有效的解。在這裡沒有什麼奇怪的,因為廣義相對論本身就是具有時間反轉對稱性的。只是白洞和我們對熱力學和因果關係的理解不相一致。這一點可以得到一個近乎確定的結論,那就是白洞並不存在於我們的宇宙中。

然而,儘管在某種意義上來說,白洞是廣義相對論方程在在數學上和理論上一個可能的解,但是他們僅存在於早期理論的完美對稱的情況下,因為完美的對稱性使得數學上的計算比考慮實際情況的條件下要大大簡化。儘管這樣,白洞的提出對人們還是有一定的誤導性的。

大體上來說,詳細簡化過的原始理論將黑洞的幾何形狀描述為一個連接著一個點 (即「奇點」)的圓錐狀入口,它的對面也有一個一模一樣的圓錐形入口,這中間的奇點可能會使圓錐的頂點變寬,使得在兩個圓錐體之間形成一個穿過奇點的通道,這個通道被稱為「蟲洞」,在蟲洞的另一端的出口,就可能存在著我們稱為「白洞」的東西。但是實際上,我們所說的白洞,即使它存在,它也不會是一個出口,它僅僅也是一個入口,穿過奇點的任何物質都不會逃逸,它只會反覆從一端到另一端往復運動。所以「白洞」和「蟲洞」事實上在理論上也不存在,後來的科幻小說家們在他們的作品中提到了這兩個概念並加以創作,才使得蟲洞和白洞如此流行,但這並不會改變宇宙中並不存在這兩樣東西的事實。

那麼為什麼上面所說的,蟲洞和白洞會不存在呢?因為一旦考慮一些現實世界的物理規律,我們經過詳細簡化的數學理論就不再成立,一個真正黑洞的樣貌就會與我們上面描述的截然不同,所以只有一個入口,只有一個結局——任何物質一旦進入黑洞的邊界,也即事件視界,會迅速被奇點吸引並且成為奇點的一部分,這些物質處於一種自然界中不存在的狀態之中(比如喬治·伽莫夫的「伊倫」態),永遠也不會離開奇點前往別的地方了。

因此,我想把託特先生回答中「或許不會存在」修正為「絕對不存在」,「白洞」和「蟲洞」只是人們對過於簡化的實際上並不正確的理論產生的一次比較大的誤會。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. 餓了-quora

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相關焦點

  • 白洞與黑洞之間存在著怎樣的聯繫?
    白洞和黑洞有相似的地方,他們都有一個封閉的邊界,聚集在白洞內的物質,只可以經邊界向外運動,而不能反向運動。白洞是宇宙中的噴射源,白洞可以向外部區域提供物質和能量,但不能吸收外部區域的任何物質和輻射,因此白洞是一個只發射、不吸收的特殊天體。也有一種說法是進入黑洞的物質終究會從白洞出來。
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  • 為什麼有人說白洞比黑洞更可怕?
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  • 黑洞已被證明存在。白洞和蟲洞也存在嗎?這是你的答案
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  • 宇宙中有黑洞,理論預測也應存在白洞,什麼是白洞呢?
    他對霍金輻射進行了理論化,霍金輻射是一種從黑洞中「洩漏」出來的能量。這導致人們猜測黑洞最終會枯萎並「死亡」,這使得對黑洞的討論在過去的幾十年中變得更加有趣和流行。什麼是白洞?如上所述,白洞是黑洞的理論對立面。從理論上講,它們的存在基於與黑洞完全相同的數學和廣義相對論概念,儘管我們還沒有找到宇宙中的白洞穩定例子。
  • 黑洞、白洞或多或少了解一點?那「灰洞」又是什麼?探討一波!
    黑洞、白洞或多或少都了解?那「灰洞」又是什麼?探討一波!宇宙對人類來說一直是一個未知的謎團。宇宙之大我們無法想像,在萬千變化的宇宙中,存在著許多奇妙的現象。黑洞、白洞也許大家都有所耳聞,但灰洞大家想必聞所未聞。
  • 黑洞裡面是什麼? 有沒有白洞存在呢?
    黑洞就是釋放能量後的恆星,當黑洞吸收到足夠多的能量時,就會爆炸,變成白洞,把物質和能量還給宇宙,黑洞真正消失。同時黑洞的體積很小,只有一個質子大小,要吸收到足夠多的能量,所需要的時間是恐怖的,所以現在還沒有白洞出現。
  • 黑洞白洞之間的蟲洞
    黑洞是宇宙中最為恐怖的黑暗力量,可以吞噬掉宇宙中的任何物質。大到星系天體,小到顆粒塵埃。黑洞就是一個中心密度無限大、時空曲線無線高、體積無限小,熱量無限大跟周圍一部分什麼也沒有的區域,這個範圍之內什麼也看不見。也許有人會感到疑惑,被黑洞吞噬的物質去哪裡了呢?會不會有這種可能?生命並沒有死亡,而是以另一種方式存在呢?
  • 黑洞神秘貪婪,那麼宇宙是否有白洞?它和黑洞又是怎樣的關係?
    說到黑洞,想必每個人都能說上那麼幾句。在茫茫的宇宙中,有超過將近幾十萬個黑洞天體。我們對它有了解,但還是有一定的局限。從黑洞理論提出以來,直到2019年人類才拍到了黑洞的首張正面照片。既然宇宙中黑洞如此多,那麼是否宇宙中是否也存在著白洞呢?
  • 黑洞和白洞是一體的嗎?黑洞吞噬物質,白洞排斥物質?
    首先,白洞其實是人類所想像出來的假想天體。而在以前,白洞與黑洞都是是物理學家們根據黑洞在愛因斯坦的廣義相對論上所提出的「假想」物體,在前段時間,人類觀測到首張黑洞照片,證實了黑洞的存在。但是白洞呢?目前沒有證據證明存在黑洞的對立天體---白洞。
  • 黑洞的一個性格惡劣的雙胞胎妹妹-白洞
    ,你在黑洞附近是絕對不可能看到這幅光景的。這個答案跟白洞的形成機制也有所關聯。白洞的誕生與死亡,至今已經有許多種理論來解釋白洞究竟是如何誕生的。而其中有一種理論認為白洞是黑洞進化的最終階段。由於史蒂芬霍金博士的研究成果,人們得知了黑洞將會逐漸蒸發,但人們尚未得知黑洞死亡之後究竟會發生什麼事情?因為黑洞實在是太過長壽,因此大概沒有人類可以親眼目擊它的死亡,而我們也完全不清楚,當黑洞死亡之後被黑洞吞噬掉的物質將會到哪兒去?
  • 黑洞、蟲洞、白洞,三個宇宙中神秘的存在,但最奇怪的是白洞
    「黑洞」、「白洞」、「蟲洞」,無論我們在看科幻題材電影或小說,還是科普類雜誌上,總會提到這樣的字眼,雖然在字面上這幾個詞很相近,但是在物理特性上則完全不同。「白洞」——這是廣義相對論所預言的與黑洞正好相反的天體,現在尚無任何觀測數據表明此類天體真實存在。白洞可以看做是黑洞的反演,在黑洞這裡吸引力無窮大,連光都無法逃出,但是在白洞這裡正好與之相反,排斥力無窮大,即使是筆直的光線衝向白洞也會被反彈回來。
  • 白洞比黑洞更可怕嗎?
    白洞是一種理論上存在的物體,它的特性與黑洞完全相反,簡單來說:物質遇到黑洞就是有進無出,而物質遇到白洞,連進都進不去,也就是有出無進。但實際上,人類目前也只有發現了黑洞的存在,而白洞至今沒有被發現,因此我們對於白洞的了解,也僅僅是理論上而已,無實際觀測。雖然白洞的概念聽著挺奇幻,但實際上它和黑洞是一母親所生,甚至在這個過程中還存在另一個宇宙,雖然咱們的宇宙和這個宇宙並不能建立任何信息聯繫。
  • 黑洞,白洞,蟲洞的理解?
    什麼是黑洞?「黑洞」是一種天體:它的引力場強大得就連光也不能逃脫出來。引力場將使時空彎曲。
  • 理論上的「白洞」和實際存在的黑洞
    既然宇宙中存在黑洞那必然有與之對應的「白洞」。黑洞和白洞連接在一起。但卻擁有相反的功能。黑洞負責把物質吸進去。經過一個叫奇異點的東西。再由白洞「吐」出來。進入到另一個宇宙空間。物質進入黑洞到白洞的過程。第一步、被黑洞吸進去,進入能層,如果和黑洞的旋轉方向一樣,就進入視界。如果不一樣,就有可能逃脫。
  • 科學家釋疑為何宇宙中只看見黑洞不見白洞?
    據國外媒體報導,歐洲俄勒岡大學的物理學家近日給出為何宇宙空間中看不到「白洞」的解釋。同時他的解釋也讓大家進一步了解了「黑洞」形成的原因。「白洞」和「黑洞」是聯繫在一起的,可能將「黑洞」倒置過來就是一直在尋找的「白洞」了。「白洞」通常不會單獨存在在空空的空間中,它大多都會在一些輻射物內爆炸。