21章 :星途中的暗礁－白洞（1/2）

拼音

baidong

hiteho1e

白洞(又称白道）[1]是广义相对论预言的一种与黑洞(）相反的特殊天体，是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。白洞仅仅是理论预言的天体，到现在还没有任何证据表明白洞的存在。其性质与黑洞正相反。白洞有一个封闭的边界。与黑洞不同的是，白洞内部的物质（包括辐射）可以经过边界射到外面去，而边界外的物质却不能落到白洞里面来。因此，白洞像一个喷泉，不断向外喷射物质（能量）。白洞学说在天文学上主要用来解释一些高能现象。白洞是否存在，尚无观测证据。有人认为，白洞并不存在。因为，白洞外部的时空性质与黑洞一样，白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。只要有足够多的物质，引力坍缩就会生，导致形成黑洞。另外，按照目前的理论，大质量恒星演化到晚期可能经坍缩而形成黑洞；但并不知道有什么过程会导致形成白洞。如果白洞存在，则可能是宇宙大爆炸时残留下来的。有底称为洞，无底的成为道。

白洞概述

从定义上来说，白洞与黑洞是物理学家们根据黑洞在爱因斯坦的广义相对论上所提出的物体。物理学界和天文学界将白洞定义为一种致密物体，其性质与黑洞完全相反。白洞并不是吸收外部物质，而是不断地向外围喷射各种星际物质与宇宙能量，是一种宇宙中的喷射源。简单来说,白洞可以说是时间呈现反转的黑洞，进入黑洞的物质，最后应会从白洞出来，出现在另外一个宇宙。由于具有和“黑”洞完全相反的性质，所以叫做“白”洞。它有一个封闭的边界。聚集在白洞内部的物质，只可以向外运动，而不能向内部运动。因此，白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。白洞是一个强引力源，其外部引力性质与黑洞相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象。目前天文学家还没有实际找到白洞,还只是个理论上的名词。白洞是理论上通过对黑洞的类比而得到的一个十分“学者化”的理论产物。

和黑洞完全不一样，白洞不会吸收任何物体，相反的，白洞会不断释放出物质，包括基本粒子和场。

白洞和黑洞一样，有一个“视界”。不过和黑洞不一样，时空曲率在这里是负无穷大，也就是说，在这里，白洞对外界的斥力达到无穷大，即使是光笔直向白洞的奇点冲去，它也会在白洞的视界上完全停止住，不可能进入白洞一步。

理论上，白洞也可以根据是否旋转，是否带有电荷分类，但是理论物理学家们认为，白洞的无穷大的斥力会迫使白洞不带有任何电荷，因为电荷很容易就被赶到了视界外。而旋转，也被认为是不可能的。不过白洞看来只可能是一种想象中的产物。因为如果白洞不吸收任何物体而仅仅是喷射物质，那么无论这个白洞的质量有多大，它的物质也会很快地被喷射光。

当然，物理学家们也为白洞提供了几个存在的想法，其中有的人认为白洞和黑洞通过虫洞连接。关于这种机制，可以参考关于“时间虫洞”的概述。

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提出过程

黑洞作为一个展终极,必然引致另一个终极,就是白洞.其实膨胀的大爆宇宙论中,早就碰到了原初火球的奇点问题,这个问题其实一直困扰着科学家们.这个奇点的最大质量与密度和黑洞的奇点是相似的,但他们的活动机制却恰恰相反.高能量密物质的现,显示黑洞存在的可能,自然也显示白洞存在的可能.如果宇宙物质按不同的路径和时间走到终极,那么也可能按不同的时间和路径从原始出,亦即在大爆之初的大白洞生后,仍可能出现小爆小白洞.而且,流入黑洞的物质命运究竟如何呢是永远累积在无穷小的奇点中,直到宇宙毁灭,还是在另一个宇宙涌出呢？

2o世纪6o年代以来,由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续现了许多高能天体物理现象，例如宇宙x射线爆、宇宙γ射线爆、新星爆、星系核的活动和爆以及类星体、脉冲星，等等。

这些高能天体物理现象用人们已知的物理学规律已经无法解释。就拿类星体来说吧，类星体的体积与一般恒星相当，而它的亮度却比普通星系还亮。类星体这种个头小、亮度大的独特性质，是人们从未见到过的，这就使科学家们想到类星体很可能是一种与人们已知的任何天体都迥然不同的天体。（. ）

如何解释类星体现象呢？科学家们提出了各种各样的理论模型。前苏联的诺维柯夫和以色列的尼也曼提出的白洞模型，引起了大家的注意。白洞概念就这样问世了。

如果黑洞从有到无,那白洞就应从无到有。6o年代的苏联科学家开始提出白洞的概念，科学家做了很多工作，但这概念不像黑洞这么通行，看来白洞似乎更虚幻了。问题是我们已经对引力场较为熟悉，从恒星、星系演化为黑洞有数理可循，但白洞靠什么来触，目前却依然茫然无绪。无论如何宇宙至少触过一次，所以白洞的研究显然与宇宙起源的研究更有密切的关系，因而白洞学说通常与宇宙学及结合起来。人们努力的方向不在于黑白洞相对的哲学辩论，而在于它的物理机制问题。从现有状态去推求终末，总容易些，相反的从现有状态去探索原始，难免茫无头绪。

有人认为，类星体的核心就可能是一个白洞。当白洞内中心点附近所聚集的密态物质向外喷射时，就会同它周围的物质生猛烈碰撞，而释放出巨大的能量。因此，有些x射线、宇宙线、射电爆、射电双源等现象，可能与白洞的这种效应有关。白洞目前还只是一种理论模型，尚未被观测所证实。

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起源以及争论

白洞学说出现已有一段时间，197o年捷尔明便提出它们存于类星体，剧烈活动的星系中的可能性。相对论和宇宙论学者早已明白此学说的可能性，只是这与一般正统的宇宙观不同，较不易获得承认。某些理论认为，由于宇宙物体的激烈运动，或者星系一部喷出的高能小物体，它们遵守着克卜勒轨道运动。这是一种高度理想化的推测，亦即一个地方有几个白洞，在星系核心互相旋转，偶然喷出满天星斗。喷出的白洞演化成新星系。而从星系团的照片中可观察到一系列的星系由物质连接起来。这显示它们是由一连串剧烈喷射所形成的.照此来说,白洞可能会像阿米巴原虫一样分裂生殖,由分裂而形成星系。然而这又和目前的理论相违背。

从此看来，就是星系生成也有不同见解。有的天文学家便提出并接受宇宙之初便有不均匀物质的结块，而其中便包含了白洞。宇宙向最初奇点收缩，星系、星系群都同一动作,这当然和黑洞的奇点相似。宇宙的不同区域，其密度皆不同，收缩时先在高密度的地方，达到了黑洞的临界密度，从此消失在事界之后，宇宙不断收缩，使不断出现高密奇点。宇宙成为大量黑洞及周围物质的集合体。然而事实上，宇宙是膨胀而非收缩的,因此它是白洞而不是黑洞。在宇宙整体性源始的大奇点中存在着密度高的小质点，它们随着膨胀向四面八方扩散，大白洞大量爆生出小白洞。星系等不均匀物体，正是由它生成的。不均匀物体之所以易和黑洞拉上关系，皆是因为它和膨胀现状相对称的宇宙中局部收缩的过程。目前宇宙中黑洞和白洞的存在是并行不悖的，是过程的两个端点而已。黑洞奇点是物质末期塌缩的终点，白洞物质的奇点是星系的始端。只不过各过程不是同时，而是先后交错的。

科学家们普遍认为，自从大爆炸以来，我们的宇宙在不断膨胀，密度在不断减少。因此，现在正在膨胀着的天体和气体乃至整个宇宙，在2oo多亿年以前，是被禁锢在一个“点”（流出奇点）上，原始大爆炸后，开始向外膨胀，当它们冲出“视界”的外面，就成为我们看得见的白洞。

与上述相反的一种观点认为，由于原始大爆炸的不均匀性，一些尚未来得及爆炸的致密核心可能遗留下来，它们被抛出以后仍具有爆炸的趋势，不过爆炸的时间推迟了，这些推迟爆的核心——“延迟核”就是白洞。

也有人认为，白洞可能是黑洞“转化”而来。就是说，当黑洞的坍缩到了“极限”，就会经过内部某种矛盾运动质变为膨胀状态——反坍缩爆炸，这时它便由向内积吸能量，转变为从中心向外辐射能量了。

最富吸引力的一种观点认为，像宇宙中有正负粒子一样，宇宙中也一定存在着与黑洞（负洞）相同，而性质相反的白洞（正洞）。它们对应地共生在某个宇宙膨胀泡的泡壁上，分属两个不同的宇宙。

由于我们的宇宙中存在着1o万多个黑洞，同样也可能存在着数目相等的白洞。于是，在宇宙继续膨胀过程中，白洞周围一些质量稍许密集区域就变得更加密集；黑洞周围的一些质量稍微稀薄的区域就变得更加空虚。这些大片空虚的区域就是空洞.

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白洞的喷

辐射若是由白洞产生,这现象就很自然了。辐射能愈高,蓝移也愈大,所以最初可见光也都移到紫外区了.他还计算了银河系中偶然的小规模爆现象,说明了银河内小白洞随时爆的可能性.例如短期间活动的银河内x－ray,剧烈的最高能量最先到达,其后能量下降,整体按幕函数递减在光谱中显示出来.这和白洞理论计算是一致的.各x－ray之间,光谱不尽相同,不过这差异可从白洞对自己产生的电磁辐射产生畸变说明.因为白洞内产生的辐射可能有黑体辐射(微波以下噪音),自由—自由辐射(带电粒子间相互作用产生),同步辐射(带电粒子在强磁中通过而产生)等不同形态.人造卫星偶然观测到的突r射线,可以白洞影响说明;宇宙射线背景高能粒子的生成,也可以认定是白洞喷的物体。但是一个天体的引力会大过天体的斥力,那白洞喷的一切东西又会被吸回白洞里才对。

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宇宙中真的有白洞存在吗

到目前为止，“白洞”还只是个理论名词,科学家并未实际现。在技术上，要现黑洞，甚至巨质量黑洞，都比现白洞要容易的多。也许每一个黑洞都有一个对应的白洞！但我们并不确定是否所有的巨质量的“洞”都是“黑”洞，也不确定白洞与黑洞是否应成对出现。但就重力的观点来看，在远距离观察时两者的特性则是相同的。

当人们有了很复杂的数学工具来分析这些相关方程式，他们现了更多。在这个简单的情形下时空结构必须具备时间反演对称性，这意味着如果你让时间倒流，所有一切都应该没什么两样。因此如果在未来某个时刻光只能进不能出，那过去一定有个时刻光只能出不能进。这看上去就像是黑洞的反转，因此人们称之为白洞，虽然它只是黑洞在过去的一个延伸。(更奇怪的是：在世界里面似乎应该还有一个宇宙，虽然这里用“里面”可能不太确切。)时间在白洞里面是存在的，但既然你不能进去，那你只有出生在里面才能知道了。

但在现实中，白洞可能并不存在，因为真实的黑洞要比这个广义相对论的简单解所描述的要复杂得多。他们并不是在过去就一直存在，而是在某个时间恒星坍塌后所形成的。这就破坏了时间反演对称性，因此如果你顺着倒流的时光往前看，你将看不到这个解中所描述的白洞，而是看到黑洞变回坍塌中的恒星。

我们知道，由于黑洞拥有极强的引力，能将附近的任何物体一吸而尽，而且只进不出。如果，我们将黑洞当成一个“入口”，那么，应该就有一个只出不进的“出口”，就是所谓的“白洞”。黑洞和白洞间的通路，也有个专有名词，叫做“灰道”(即“虫洞”)。虽然白洞尚未现，但在科学探索上，最美的事物之一就是许多理论上存在的事物后来真的被人们现或证实。因此，也许将来有一天，天文学家会真的现白洞的存在。

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