如果你曾經看過科幻電影,或者你對天文感興趣的話,那麼你肯定遇見過"黑洞"這個詞。"黑洞"概念只出現了一個世紀,然而它們卻成為宇宙中最迷人、最神秘的現象之一。然而,"黑洞"遠非最奇怪的:這種區別可能屬於"黑洞"理論雙胞胎——白洞。不過為了更好地理解什麼是白洞,先來認識什麼是黑洞。
什麼是黑洞?
在我們開始闡述白洞這個極為奇怪的概念之前,我們應該建立對黑洞的更好地理解。黑洞就是一個引力怪獸,像宇宙的吸塵器一樣,會無情地吸取一切觸手可及的東西。它們的拉力非常大,以至於光一旦越過黑洞的事件視線即無法返回,光會被黑洞線本身就無法逃脫。
黑洞無法直接觀察到,因為沒有光或輻射可以從它們的吸引力中逸出,但是由於它們對它們周圍恆星體的引力作用,我們能夠找到它們。例如,據信每個星系在其中心都有一個超大質量黑洞,它可能與星系本身同時形成。這些黑洞的質量超過一百萬個太陽的質量,但被壓縮成一個太陽大小的球!該「球」被稱為奇點,即無限密度的集中點。
中型黑洞(稱為恆星黑洞)是在恆星的生命盡頭經歷過超新星的揮發性膨脹、收縮和爆炸後形成的。並非所有恆星都會經歷這種戲劇性的死亡,但是最大的恆星總是如此。最後,從理論上講,最小的黑洞(通常稱為原始黑洞)是在宇宙大爆炸之後的最初幾瞬間形成的。它們可能小到一個原子,卻包含整個山峰的質量。
1916年由愛因斯坦(AlbertEinstein)首次提出理論,研究黑洞的挑戰使它們成為宇宙之謎,但是引力理論和量子力學的許多元素都與黑洞的概念和奇怪的物理學有關。
1970年代中期,著名物理學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出了有關黑洞的更有趣的發展理論之一。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。如果您要從遠處觀察到一個白洞,它看起來非常像一個黑洞,它正相反地起作用,光和物質從本來看起來像黑洞的地方緩慢噴出。從理論上講,沒有任何東西可以穿透白洞的事件視界,就像沒有任何東西可以從黑洞的事件視界內逃逸一樣。
白洞的巨大謎團(按照目前的理論)是,沒有任何東西可以影響白洞的內容、奇點,這意味著無限過去的某些元素可以會影響我們的現在,但無論我們多努力,我們都不能對它產生任何影響。
在討論黑洞時,時間,空間,質量和密度的概念變得更加複雜,因為它們仍然籠罩在謎團中,這在很大程度上是由於廣義相對論和愛因斯坦場方程所提出的預測和理論所致。人們認為,黑洞可以將時間和空間摺疊到自己的位置,以至於它們完全阻礙了我們可訪問的現實。
從理論上講,白洞將是相反的情況,甚至可能作為黑洞的「另一面」存在,而黑洞又發散到宇宙中的其他地方(類似於蟲洞)或完全進入另一個宇宙。在霍金(Hawking)通過霍金輻射揭示黑洞耗散現象之後,人們提出了一個重要的問題:如果無法破壞宇宙中的物質/信息,當黑洞消逝時會發生什麼。一些理論認為,在黑洞壽命結束時(可能是未來數百萬年),它會像白洞一樣「反彈」。這是質量消失悖論的一個很好的解決方案。
其他研究人員專注於原始黑洞,他們認為,由於時空彎曲成一個黑洞,因此許多這些原始黑洞可能會一直波動成白色洞,以維持短暫的爆發,即使只有少數爆發 瞬間。有人認為,我們在宇宙遙測中發現的超新星實際上可能是這些白洞的傳播!
也有一些科學家提出白洞與我們在宇宙中發現的大量暗物質有關。我們沒有關於此物質的起源或構成的任何解釋,只發現它對周圍空間的引力作用。儘管暗物質和白洞(理論上會散發神秘物質/能量)之間的直接聯繫仍然鬆散且完全未經證實,但這是值得考慮的有趣環節。
但是,所有這些思想都嚴格按照理論是有原因的。「反向黑洞」的想法與經統計證明的事實相反,即宇宙是熵的,這意味著宇宙趨向於混亂而不是有序。如果將白洞外推到其自然終點,則在將其包含的所有物質推出後,它應重新形成最初爆炸形成黑洞的恆星。這違反了我們目前對物理學和宇宙本質所知的一切。
總結
儘管白洞為進行有趣的思想實驗提供了便利,並且似乎在理論計算中得到了證明,但我們不能憑任何證據證明它們存在於這個宇宙(或任何其他宇宙)中。但是,對於天文學來說,這是一個令人激動的新時代,因為越來越多的更好的衛星和儀器不斷上線使用,並有望提供比人類前所未有的更多有關宇宙的信息和真相。像之前的許多其他「瘋狂」想法一樣,也許白洞理論只是在等待被證實,而事實卻潛伏在我們宇宙的神秘陰影之中。