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NASA/CHANDRA
白洞是宇宙的一種假想特徵,它被認為是黑洞的對立面,和黑洞不讓任何東西逃離其表面相反,白洞不停地向外噴發物質和能量,任何東西都無法進入它們的內部。
白洞是廣義相對論的一個可能解。該理論認為,如果宇宙中存在永恆的黑洞的話,那麼宇宙也應該存在有一個白洞。它是黑洞的時間反轉。科學家們認為白洞有重力,所以它們會吸引物體,但任何與白洞處於碰撞軌道的物體永遠都不會到達白洞。
從理論上講,如果你乘坐一艘宇宙飛船去接近一個白洞,你會被大量的能量淹沒,這極有可能會摧毀你的飛船。即使你的宇宙飛船能夠承受伽馬射線,光本身也會開始讓你減速,就像地球上的空氣阻力讓行駛的車輛減速一樣。
即使宇宙飛船不受能量的影響,白洞周圍的時空也會被奇怪地扭曲;接近一個白洞就像上山一樣,你需要的加速度會越來越大,但是你移動得會越來越少,宇宙中並沒有足夠的能量讓你進入白洞。
當然,這是相當違反直覺的。一個白洞裡的能量怎麼可能似乎只來自時空本身?這就是為什麼它們不太可能存在的原因之一。然而,也有一些理論認為白洞是可能存在的,只是可能並不像廣義相對論所描述的那樣。
由於被認為是黑洞的對應物,所以白洞也會是由引力奇點形成的。奇點是時空中引力場無限大的點狀特徵。物理學中的無窮值通常意味著這個部分缺失物理理論的支持,因此,量子力學和相對論難以解釋奇點更細微的細節也就不足為奇了。
潛在白洞
宇宙中的許多現象曾經被提出認為是白洞,之所以選擇它們,通常是因為它們是我們無法詳細解釋神秘的物體。
伽馬射線爆發,快速旋轉的脈衝星,以及臨終的黑洞都曾經被考慮過可能是白洞,就連宇宙大爆炸也曾經被描述為一個白洞。但到目前為止,我們還沒有直接觀測到過白洞,甚至它們在理論上的存在也風雨飄搖。在更多的觀察結果或更好的理論出現之前,白洞似乎只被當作是一個地標。
宇宙大爆炸作為一個白洞就是這種趨勢的一個明顯例子。在我們確定我們無法測量宇宙的確切大小之前,有人推測宇宙是由一個大到我們看不到的白洞形成的。但我們現在知道,宇宙很可能是無限的,這使得白洞的解釋幾乎肯定是錯誤的。
理論的約束
白洞是一種特殊的奇點:裸奇點。像黑洞這樣的奇點是不能被直接觀測到的,因為逃逸速度(脫離重力所需要的速度)大於光速,所以沒有東西能逃離黑洞,我們也就不能看到黑洞。奇點受到視界的「保護」,視界是將我們與黑洞隔開的表面。從數學上講,當我們有一個奇點時,時空就被打破了。所以為了避免這個問題,事件視界也就被引入了。
而裸奇點沒有視界。但根據廣義相對論的基本原理,宇宙中不可能存在裸奇點。這個想法被恰當地稱為宇宙審查假說。然而,多個數值模擬和目前的量子引力理論卻暗示了裸奇點存在的可能性。
用量子力學的方法來描述黑洞性質的話會發生一種奇怪的現象(這種方法不包括重力)。如果你在時間上向後或向前觀察一個黑洞,它的行為會完全相同,它仍然會是一個黑洞。雖然這並不是量子理論和相對論之間最重要的衝突,不過它的意義卻非常重大。
但白洞最重要的理論約束是熵,熵是一個系統的混亂程度度量標準。根據熱力學定律,宇宙的淨熵總是在增加的,但熵可以在局部減小;例如,冰箱可以通過把水變成冰來降低水的熵,但是冰箱的引擎會放出很多熱量,所以總的熵仍然在增加。
而白洞則會減少熵,所以這是反對它們的一個基本證據。因為這個宇宙遵循熱力學定律,到目前為止,雖然我們經常聽到有永動機和不尋常事件的出現,但我們還沒有發現任何被證實的違反熱力學定律的行為。
白洞的未來
白洞吸引了很多人,它們了給我們一種平衡感。人們會,並且也應該繼續研究它們。的確,廣義相對論的幾個特徵,例如黑洞,最初被認為只是理論上的新奇事物,雖然我們現在也沒有確鑿的證據證明白洞存在,但也許在我們這個龐大而複雜的宇宙中,也有白洞存在的位置。
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