白洞真實存在嗎?為什麼至今未被發現?

2021-01-08 天文在線

問:我閱讀過大量關於黑洞的書籍,對這個物體也有了一定的了解。我的問題是:白洞是否存在,如果存在,它又是什麼?

答:在回答這個問題之前,我想請你去看下凱特.貝克爾(Kate Becker's discussion) 對於為何宇宙的膨脹很難讓人理解的討論,確切的論證同樣適用於此。白洞不是我們光用物理直覺就可以去理解的東西。廣義相對論(general relativity)中出現了白洞,其也解釋了宇宙的擴張,整個理論在物理角度上並不容易理解。大多數人能理解廣義相對論的唯一方式就是通過數學,就如凱特(Kate)所言,這不是大多數人習慣理解事物的方式。

希望,這樣能讓你了解為什麼有時候不藉助數學去解釋一些概念會這麼難。這不意味著我們不該去嘗試,但確實意味著第一次嘗試未必會成功。許多聰明人很努力的去嘗試不運用數學理論就能理解建立在此基礎上的廣義相對論,然而這是非常難辦到的事。它可能需要你對廣義相對論有一定水平的了解,這在之前我是絕對不作要求的。

不過,我將會試一試。

問:白洞是什麼?

答:簡要回答就是白洞是真實宇宙中可能不會存在的物體。如果你在一個黑洞周圍探索其時空(space-time),而該黑洞卻不含有構成黑洞的恆星時,即該物體裡沒有任何物質,你所學的數學知識會告訴你這是一個白洞。一旦你在該時空中加入任何物質,包含白洞的這部分就消失了。

問:怎樣才能擁有一個無質量的黑洞?

答:1、從數學方面來說,這實際是最純粹的一種黑洞。奇點(singularity)一旦形成,它將會保持形狀不散開。因此,最複雜的環節是奇點的形成

2、在真實宇宙中建立奇點的唯一方式是從它在那裡形成開始,所以宇宙必須準備好,以某種方式形成了奇點誕生的條件。問:為什麼白洞不能在自然界中存在?

答:1、沒有證據說明宇宙曾準備好開始形成奇點的條件,如果宇宙曾做到,那實際上十分反常。

2、即使是最微小的灰塵微粒一旦進入到包含黑洞的時空中,那含有白洞的那部分就會消失。宇宙已經存在了這麼長的一段時間,即使它曾產生過白洞,如今它們恐都消失了。

問:如果它不真實存在,為什麼還要為求解而困惑呢?

答:1、比起真實性的解來說要簡單一些。

2、解的部分已接近真實性,這部分不包括白洞,它描述的是一個正常黑洞外的時空。

問:如果白洞確實存在,它會是什麼樣子呢?

答:提出「白洞」這個詞的人實際上十分缺乏想像力。白洞更像是「相反的黑洞」。黑洞是讓宇宙中的物質在它那消失,白洞是把物質噴射到宇宙中(如果它能攜帶物質而存在,實際上不可能)。白洞和大爆炸奇點(Big Bang singularity)有很多相似之處,儘管不是十分相同,因為大爆炸之前什麼都存在。

問:我能在哪裡了解更多關於它的事情呢?

答:你可以試試看下泰勒(Taylor)和惠勒(Wheeler)寫的《黑洞探秘》(《Exploring Black Holes》),這是本很適合大學生閱讀的關於黑洞和相對論的教科書。同時我也喜歡基普.索恩(Kip.Thorne)的《黑洞和時間彎曲》(《Black Holes and Time Wraps》)它很好地講述了黑洞的歷史。

腳註:這是我第二次嘗試解讀白洞,出於公正的考慮,我也在這裡留下我第一次嘗試解讀的回答。

「廣義相對論裡對於擁有黑洞(在真空中)的時空最簡單最全面的解中,是有兩個奇點。一個是我們所說的『未來光錐』(future-light cone),也就是黑洞;另一個是『昔日光錐』(past-light cone),也就是白洞。然而在很多方面來說,這個解根本不切實際。例如一個恆星坍塌形成的真實的黑洞,我們不能運用真空解來去解釋,因為黑洞裡有物質,而用物質解釋的話,白洞奇點就會消失。因此對於這個問題,答案就是當用黑洞理論去解釋,才會有白洞這樣的物體,但在物理學角度來說,這種事情不可能發生。」

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