10个关于白洞的有趣事实:每一个黑洞后面都有一个白洞?

作者: 分类: 娱乐 发布时间: 2019-04-15 07:47

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黑洞很就已经很难理解了,但白洞还要更难理解。

白洞也被称为“不可能的可能性”,它是一种假想的天体,以一种时间反演黑洞(在时间上颠倒的黑洞)的方式释放能量。简单来说,白洞就是黑洞的反义词,一个黑洞会吸噬所有穿过它视界的物质,而一个白洞会爆炸性地将最初被黑洞吸噬的所有物质吐出来。

白洞是一个假设的概念,并且有时候很难理解。但希望在看完这篇文章之后,我们能对这个迷人的现象有更多的了解。

10. 黑洞的反义词

黑洞是时空中的一个区域,有着无限大的密度和引力,以至于任何东西,甚至连光都无法逃离它。一旦一个物体穿过黑洞的视界,它就会经历一个听起来很可怕的过程,这个过程被称为“面条化”,然后最终被湮灭。例如,如果一个发光粒子穿过黑洞的视界,它的波长会变得越来越长,并且会失去能量,直到它无法被探测到为止。此外,黑洞中强大的引力会让远处的观察者觉得时间似乎变慢了,以至于到达视界似乎都要花费无限的时间。

因此,如果一个黑洞就像一个通向湮灭的单向入口,那我们有没有可能从另一端进入这个入口,并朝相反的方向移动呢?从理论上讲,这一想法是完全行得通的,因为广义___和牛顿物理学都是时间对称的概念。而这个相反的通道正是被称为白洞的一个理论概念。白洞可以被认为是黑洞的时间倒转等价物。

由于其难以捉摸的性质,白洞被人们称为“数学上的怪胎”,他通常被认为与龙和北海巨妖一样都是虚构和幻想的东西,白洞甚至还被认为是“跨越神话与现实界限的宇宙生物”。

9. 白洞的概念

用加州理工学院物理学家肖恩·卡罗尔( Sean Carroll)的话来说,“黑洞是一个你可以进去但永远无法逃脱的地方;白洞是一个你可以离开,但你永远不能回去的地方。”因此,白洞也是单向通道——不过是只能出去不能进去。然而,黑洞白洞这两种结构都具有相同的数学和几何特征(因为理论上它们只是彼此的___),所以它们的几何本质上都由奇点(在无限小的空间中包含一个巨大质量的一维点)和视界(一个概念边界)组成,虽然有大量的证据支持黑洞的存在,但可以证明白洞存在的证据却少之又少。此外,即使白洞是广义___方程的解,“它们也是不现实的,”天体物理学家安德鲁·汉密尔顿(Andrew Hamilton)说。事实上,现在关于白洞的讨论的确也是围绕着“不现实的”、“假设的”和“想象的”这些词。

8. 白洞的形成

大多数黑洞是在___爆炸中恒星坍塌形成的。然而,有人认为黑洞在终结生命的时候会转化成白洞,而白洞会爆炸般地释放出被黑洞吞噬的所有信息。根据这个模型(由马赛大学的Carlo Rovelli和Hal Haggard开发),黑洞在形成后不久就会转变为白洞。

当黑洞形成时,它是被它的视界所屏蔽的(在视界之内没有任何东西可以逃离黑洞的引力);然而,在某一时间点上,在自身重力作用下坍缩的恒星将互达到一个临界点,超过这个临界点之后它就不能再收缩了,在这一刻,它就会经历一个叫做量子弹跳的向外压力——正式地从一个黑洞变成了一个白洞。根据团队的计算,黑白洞的转换应该是瞬时的,然而,黑洞似乎存在了数十亿年,这是由于它们强大的引力使得时间在观察者看来似乎变慢了。

正如《自然》杂志所写,“如果黑洞可以变成白洞,并再次释放出所有的内部结构,它将为基础物理中最棘手的问题之一(更具体地说,是信息悖论)提供一个解决方案。”然而,在这句话中,“如果”这个词是至关重要的,因为它提醒我们,白洞在很大程度上仍然是假设的概念,而这个建议只是一个理论。

7. 流行文化中的白洞

是的,这些现象也激发了作家和电影制片人的想象力。在道格拉斯·亚当斯所著的《___漫游指南》中,有一颗行星上居住着一群外星人——他们利用从白洞中喷射出来的物质和信息创造了世界!在琼·斯洛切夫斯基(Joan Slonczewski)的小说《儿童之星》(the Children Star)中,一个组织计划利用一个白洞消灭行星上现存的生命,这样它们就可以将行星地球化,改造成适合人类殖民者居住的星球。

此外,在《变形金刚》的一集中(“The Killing Jar”),几个角色被传送到了一个黑洞——在那里他们发现自己被困在了一个由反物质组成的负宇宙中,后来他们通过一个白洞才逃离了这个负宇宙(这个白洞将他们弹回他们自己的宇宙)。在电影《黑洞》(1979)中,一艘宇宙飞船被黑洞吞噬,然后被一个白色的洞吐出,被吐出之后,飞船上的人们发现自己身处的地方与此前的完全不同!

这些都是一些有趣的描述,非常准确地反映了一些科学推测。不知何故,尽管这些都是虚构的描述,但它们让白洞的概念对我们来说更真实……因为黑洞都已经被证明存在了,那为什么白洞就不能存在呢?

6. 热力学第二定律

根据热力学第二定律,宇宙的熵(系统缺乏秩序或可预测性的度量标准)总是在增加的。而正是这一普遍规律使存在白洞的可能性陷入危机。因为如果真的存在白洞的话,它们就违反了热力学第二定律。因为这个定律表明,作为一个孤立的系统,整个宇宙的熵总是随着时间的推移而增加的。

黑洞这种宇宙天体完美地遵循着这条定律——因为黑洞可以在很长一段时间内吞噬天体,从而将它们的物质扩散到更大的空间,并增加它们周围环境的混乱程度。但另一方面,从理论上讲,白洞所做的却恰恰相反——它们会使物体或分散的材料排列有序,这就违反了热力学第二定律。当然,任何违反这一普遍规律的现象肯定是极其不稳定的,因此也不可能存在超过几秒钟的时间。那么,白洞存在的可能性是怎么来的呢?

5. 永恒黑洞理论

白洞出现在永恒黑洞理论中——永恒黑洞是物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金提出的有趣的概念。人们普遍认为,物质一旦进入黑洞就是永久丢失的了,完全没有逃脱的可能。然而,霍金预言黑洞应该会通过辐射逐渐失去能量(这符合热力学第二定律),因此,黑洞会不断地向视界外辐射能量,最终失去所有能量,黑洞本身也不复存在。

但一个黑洞可不可以永远存在,并扮演着宇宙保险箱的角色?简单地说,一个永恒的黑洞是一个可以吸收物质、而不会通过辐射失去物质的黑洞。基本上,一个永恒的黑洞可以永远吞噬信息,然而,这违反了热力学第二定律——因为它表明宇宙的熵在减少。

正如《新科学家》杂志所写,“这个不太可能存在的物体(永恒的黑洞)是通过观察一个更深奥的实体——白洞而发现的。”从理论上讲,一个永恒的黑洞与一个白洞是相反的:一个白洞喷出物质而不让任何东西进入,而一个永恒的黑洞则吸入物质而不让任何信息逃逸。因此,当把一个永恒的黑洞(这个黑洞有可能储存极其敏感的信息)概念化时,白洞就有了理论上的应用。

4. 白洞和宇宙大爆炸

我们大多数人对大爆炸理论都有一个大致的概念:大约137亿年前,宇宙中的物质被压缩成一个无穷小的点,这个点在一次热爆炸后不断扩大,直至今天仍然在扩大。这个宇宙大爆炸理论有大量的证据支持,其中就包括我们观测到所有的星系都在远离我们这一事实。

然而,物理学家和宇宙学家围绕着白洞的概念提出了一个有趣的想法。有人认为,大爆炸的原因可能是一个白洞——因为白洞可以解释自发出现如此巨大的能量和物质的现象。甚至有人在《5D真空中一个假白洞的原始爆炸》(The primordial explosion of a false white hole from a 5D vacuum)这篇论文中提出,宇宙大爆炸是由一个白洞爆炸产生——据推测,这次白洞爆炸喷射出了之前被黑洞吞噬的所有物质和信息。当然了,这个理论正确与否我们无从得知,但话又说回来,一想到我们都是从一个白洞里钻出来的真的很令人着迷。

3.我们发现白洞了吗?

在2006年6月14日的一次难忘发现之后,白洞似乎不再只是理论了。在这一天,美国宇航局的雨燕号卫星发现了一个异常强大的伽马射线暴;这个现象被称为GRB 060614。然而,这次伽马射线暴并不符合这些现象的正常范畴和参数,因为这种射线暴通常发生在低恒星生成区域,或者通常与___有关。

此外,虽然典型的伽马射线暴只持续几秒钟,但2006年6月探测到的那次伽马射线暴却持续了102秒,其强度是我们恒星的数万亿倍!由于这次突然的巨大爆发并非源自___,天文学家和天体物理学家只能得出这样的结论:它是凭空出现的,或者它来自一个极其微小的斑点,在那102秒结束后,它就自行坍缩了。

2006年伽马射线暴的特征与人类对白洞掌握的稀少信息完全吻合:白洞会在湮灭之前的几分钟里会喷射出大量的物质。当然,这一惊人的现象并不能证实白洞的存在,但它确实引发了一些有趣的猜测。

2. 黑洞,白洞,虫洞

令人惊讶的是,有人推测,在黑洞的另一端都有一个白洞:因此,被黑洞吞噬的物质和信息会被白洞喷射到另一个宇宙中。奥地利物理学家路德维希•弗拉姆(Ludwig Flamm)也提出,时空中的这两个区域可以通过时空管道连接起来,黑洞的“入口”和白洞的“出口”可以位于两个完全不同的宇宙中!这些推测实在是太有趣了,以至于爱因斯坦和内森·罗森都进一步探索了这些想法,最终在1935年达成了一个被称为爱因斯坦-罗森桥(或洛伦兹虫洞或史瓦西虫洞)的解决方案。虫洞可以被定义为一个假想的扭曲时空区域,它具有足够的能量在时空结构中创建出一个隧道。

因此,完整的史瓦西几何包括一个黑洞,一个白洞,和在黑洞和白洞的视界上通过虫洞连接的两个不同的宇宙;虫洞是爱因斯坦方程的精确解。史瓦西度规有两个解,正平方根和负平方根。后者代表一个白洞,即一个在时间上倒退的黑洞。

说实话,科学世界中的理论和方程式多到令人震惊……谁会想到在黑洞的另一边,在另一个宇宙中,会有一个白洞不断喷射出已经丢失的信息呢?

1.时间旅行的可能性

白洞的存在和概念是否会导致时间旅行领域的进步?据推测,在某些特殊情况下,虫洞(或爱因斯坦-罗森桥)并不是连接空间上的两个点,而是连接时间上的两个点。因此,一个掉进黑洞的物体可以穿过虫洞,再被白洞喷射出另一个空间或时间!然而,这个想法有几个缺陷:首先,虫洞非常不稳定,它会立即自行坍塌,其次,任何进入黑洞的物体都会被黑洞巨大的引力撕裂。

加州理工学院的基普·索恩(Kip Thorne)提出了另一种可能性,他提出的虫洞具有以下特征:虫洞的一端在地球上,另一端位于宇宙飞船中(飞船目前位于地球上)。我们暂且不谈他的提议的技术细节,其他宇宙学家和物理学家已经假设了许多其他时空旅行的情形……其中大多数包括黑洞、虫洞和白洞。我们永远也不知道——也许在几百年后,这三种现象(其中两种目前是假设的)可能真的可以允许人类进行时间旅行!

尽管白洞只存在于“理论上”,但这种情况可能不会持续太久。毕竟,它们是广义___方程的有效解……而且还有令人兴奋和难忘的2006年的那次发现呢!我们不能忘记:黑洞曾经也是理论上的假设。在天体物理学的世界里,有非常多的现象曾经也只是理论性的!白洞可能存在也可能不存在,但这并不会阻碍着我们停止质疑、并试图解开它们背后的秘密。一旦一个谜题出现在人类面前,人类的自然本能就是永不放弃……希望我们能很快解开这个白洞之谜。