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黑洞很就已經很難理解了，但白洞還要更難理解。 白洞也被稱為“不可能的可能性”，它是一種假想的天體，以一種時間反演黑洞(在時間上顛倒的黑洞)的方式釋放能量。簡單來說，白洞就是黑洞的反義詞，一個黑洞會吸噬所有穿過它視界的物質，而一個白洞會爆炸性地將最初被黑洞吸噬的所有物質吐出來。 白洞是一個假設的概念，并且有時候很難理解。但希望在看完這篇文章之后，我們能對這個迷人的現象有更多的了解。 10. 黑洞的反義詞 黑洞是時空中的一個區域，有著無限大的密度和引力，以至于任何東西，甚至連光都無法逃離它。一旦一個物體穿過黑洞的視界，它就會經歷一個聽起來很可怕的過程，這個過程被稱為“面條化”，然后最終被湮滅。例如，如果一個發光粒子穿過黑洞的視界，它的波長會變得越來越長，并且會失去能量，直到它無法被探測到為止。此外，黑洞中強大的引力會讓遠處的觀察者覺得時間似乎變慢了，以至于到達視界似乎都要花費無限的時間。 因此，如果一個黑洞就像一個通向湮滅的單向入口，那我們有沒有可能從另一端進入這個入口，并朝相反的方向移動呢?從理論上講，這一想法是完全行得通的，因為廣義相對論和牛頓物理學都是時間對稱的概念。而這個相反的通道正是被稱為白洞的一個理論概念。白洞可以被認為是黑洞的時間倒轉等價物。 由于其難以捉摸的性質，白洞被人們稱為“數學上的怪胎”，他通常被認為與龍和北海巨妖一樣都是虛構和幻想的東西，白洞甚至還被認為是“跨越神話與現實界限的宇宙生物”。 9. 白洞的概念 用加州理工學院物理學家肖恩·卡羅爾( Sean Carroll)的話來說，“黑洞是一個你可以進去但永遠無法逃脫的地方;白洞是一個你可以離開，但你永遠不能回去的地方。”因此，白洞也是單向通道——不過是只能出去不能進去。然而，黑洞白洞這兩種結構都具有相同的數學和幾何特征(因為理論上它們只是彼此的對立面)，所以它們的幾何本質上都由奇點(在無限小的空間中包含一個巨大質量的一維點)和視界(一個概念邊界)組成，雖然有大量的證據支持黑洞的存在，但可以證明白洞存在的證據卻少之又少。此外，即使白洞是廣義相對論方程的解，“它們也是不現實的，”天體物理學家安德魯·漢密爾頓(Andrew Hamilton)說。事實上，現在關于白洞的討論的確也是圍繞著“不現實的”、“假設的”和“想象的”這些詞。 8. 白洞的形成 大多數黑洞是在超新星爆炸中恒星坍塌形成的。然而，有人認為黑洞在終結生命的時候會轉化成白洞，而白洞會爆炸般地釋放出被黑洞吞噬的所有信息。根據這個模型(由馬賽大學的Carlo Rovelli和Hal Haggard開發)，黑洞在形成后不久就會轉變為白洞。 當黑洞形成時，它是被它的視界所屏蔽的(在視界之內沒有任何東西可以逃離黑洞的引力);然而，在某一時間點上，在自身重力作用下坍縮的恒星將互達到一個臨界點，超過這個臨界點之后它就不能再收縮了，在這一刻，它就會經歷一個叫做量子彈跳的向外壓力——正式地從一個黑洞變成了一個白洞。根據團隊的計算，黑白洞的轉換應該是瞬時的，然而，黑洞似乎存在了數十億年，這是由于它們強大的引力使得時間在觀察者看來似乎變慢了。 正如《自然》雜志所寫，“如果黑洞可以變成白洞，并再次釋放出所有的內部結構，它將為基礎物理中最棘手的問題之一(更具體地說，是信息悖論)提供一個解決方案。”然而，在這句話中，“如果”這個詞是至關重要的，因為它提醒我們，白洞在很大程度上仍然是假設的概念，而這個建議只是一個理論。 7. 流行文化中的白洞 是的，這些現象也激發了作家和電影制片人的想象力。在道格拉斯·亞當斯所著的《銀河系漫游指南》中，有一顆行星上居住著一群外星人——他們利用從白洞中噴射出來的物質和信息創造了世界!在瓊·斯洛切夫斯基(Joan Slonczewski)的小說《兒童之星》(the Children Star)中，一個組織計劃利用一個白洞消滅行星上現存的生命，這樣它們就可以將行星地球化，改造成適合人類殖民者居住的星球。 此外，在《變形金剛》的一集中(“The Killing Jar”)，幾個角色被傳送到了一個黑洞——在那里他們發現自己被困在了一個由反物質組成的負宇宙中，后來他們通過一個白洞才逃離了這個負宇宙(這個白洞將他們彈回他們自己的宇宙)。在電影《黑洞》(1979)中，一艘宇宙飛船被黑洞吞噬，然后被一個白色的洞吐出，被吐出之后，飛船上的人們發現自己身處的地方與此前的完全不同! 這些都是一些有趣的描述，非常準確地反映了一些科學推測。不知何故，盡管這些都是虛構的描述，但它們讓白洞的概念對我們來說更真實……因為黑洞都已經被證明存在了，那為什么白洞就不能存在呢? 6. 熱力學第二定律 根據熱力學第二定律，宇宙的熵(系統缺乏秩序或可預測性的度量標準)總是在增加的。而正是這一普遍規律使存在白洞的可能性陷入危機。因為如果真的存在白洞的話，它們就違反了熱力學第二定律。因為這個定律表明，作為一個孤立的系統，整個宇宙的熵總是隨著時間的推移而增加的。 黑洞這種宇宙天體完美地遵循著這條定律——因為黑洞可以在很長一段時間內吞噬天體，從而將它們的物質擴散到更大的空間，并增加它們周圍環境的混亂程度。但另一方面，從理論上講，白洞所做的卻恰恰相反——它們會使物體或分散的材料排列有序，這就違反了熱力學第二定律。當然，任何違反這一普遍規律的現象肯定是極其不穩定的，因此也不可能存在超過幾秒鐘的時間。那么，白洞存在的可能性是怎么來的呢? 5. 永恒黑洞理論 白洞出現在永恒黑洞理論中——永恒黑洞是物理學家和宇宙學家斯蒂芬·霍金提出的有趣的概念。人們普遍認為，物質一旦進入黑洞就是永久丟失的了，完全沒有逃脫的可能。然而，霍金預言黑洞應該會通過輻射逐漸失去能量(這符合熱力學第二定律)，因此，黑洞會不斷地向視界外輻射能量，最終失去所有能量，黑洞本身也不復存在。 但一個黑洞可不可以永遠存在，并扮演著宇宙保險箱的角色?簡單地說，一個永恒的黑洞是一個可以吸收物質、而不會通過輻射失去物質的黑洞。基本上，一個永恒的黑洞可以永遠吞噬信息，然而，這違反了熱力學第二定律——因為它表明宇宙的熵在減少。 正如《新科學家》雜志所寫，“這個不太可能存在的物體(永恒的黑洞)是通過觀察一個更深奧的實體——白洞而發現的。”從理論上講，一個永恒的黑洞與一個白洞是相反的：一個白洞噴出物質而不讓任何東西進入，而一個永恒的黑洞則吸入物質而不讓任何信息逃逸。因此，當把一個永恒的黑洞(這個黑洞有可能儲存極其敏感的信息)概念化時，白洞就有了理論上的應用。 4. 白洞和宇宙大爆炸 我們大多數人對大爆炸理論都有一個大致的概念：大約137億年前，宇宙中的物質被壓縮成一個無窮小的點，這個點在一次熱爆炸后不斷擴大，直至今天仍然在擴大。這個宇宙大爆炸理論有大量的證據支持，其中就包括我們觀測到所有的星系都在遠離我們這一事實。 然而，物理學家和宇宙學家圍繞著白洞的概念提出了一個有趣的想法。有人認為，大爆炸的原因可能是一個白洞——因為白洞可以解釋自發出現如此巨大的能量和物質的現象。甚至有人在《5D真空中一個假白洞的原始爆炸》(The primordial explosion of a false white hole from a 5D vacuum)這篇論文中提出，宇宙大爆炸是由一個白洞爆炸產生——據推測，這次白洞爆炸噴射出了之前被黑洞吞噬的所有物質和信息。當然了，這個理論正確與否我們無從得知，但話又說回來，一想到我們都是從一個白洞里鉆出來的真的很令人著迷。 3.我們發現白洞了嗎? 在2006年6月14日的一次難忘發現之后，白洞似乎不再只是理論了。在這一天，美國宇航局的雨燕號衛星發現了一個異常強大的伽馬射線暴;這個現象被稱為GRB 060614。然而，這次伽馬射線暴并不符合這些現象的正常范疇和參數，因為這種射線暴通常發生在低恒星生成區域，或者通常與超新星有關。 此外，雖然典型的伽馬射線暴只持續幾秒鐘，但2006年6月探測到的那次伽馬射線暴卻持續了102秒，其強度是我們恒星的數萬億倍!由于這次突然的巨大爆發并非源自超新星，天文學家和天體物理學家只能得出這樣的結論：它是憑空出現的，或者它來自一個極其微小的斑點，在那102秒結束后，它就自行坍縮了。 2006年伽馬射線暴的特征與人類對白洞掌握的稀少信息完全吻合：白洞會在湮滅之前的幾分鐘里會噴射出大量的物質。當然，這一驚人的現象并不能證實白洞的存在，但它確實引發了一些有趣的猜測。 2. 黑洞，白洞，蟲洞 令人驚訝的是，有人推測，在黑洞的另一端都有一個白洞：因此，被黑洞吞噬的物質和信息會被白洞噴射到另一個宇宙中。奧地利物理學家路德維希·弗拉姆(Ludwig Flamm)也提出，時空中的這兩個區域可以通過時空管道連接起來，黑洞的“入口”和白洞的“出口”可以位于兩個完全不同的宇宙中!這些推測實在是太有趣了，以至于愛因斯坦和內森·羅森都進一步探索了這些想法，最終在1935年達成了一個被稱為愛因斯坦-羅森橋(或洛倫茲蟲洞或史瓦西蟲洞)的解決方案。蟲洞可以被定義為一個假想的扭曲時空區域，它具有足夠的能量在時空結構中創建出一個隧道。 因此，完整的史瓦西幾何包括一個黑洞，一個白洞，和在黑洞和白洞的視界上通過蟲洞連接的兩個不同的宇宙;蟲洞是愛因斯坦方程的精確解。史瓦西度規有兩個解，正平方根和負平方根。后者代表一個白洞，即一個在時間上倒退的黑洞。 說實話，科學世界中的理論和方程式多到令人震驚……誰會想到在黑洞的另一邊，在另一個宇宙中，會有一個白洞不斷噴射出已經丟失的信息呢? 1.時間旅行的可能性 白洞的存在和概念是否會導致時間旅行領域的進步?據推測，在某些特殊情況下，蟲洞(或愛因斯坦-羅森橋)并不是連接空間上的兩個點，而是連接時間上的兩個點。因此，一個掉進黑洞的物體可以穿過蟲洞，再被白洞噴射出另一個空間或時間!然而，這個想法有幾個缺陷：首先，蟲洞非常不穩定，它會立即自行坍塌，其次，任何進入黑洞的物體都會被黑洞巨大的引力撕裂。 加州理工學院的基普·索恩(Kip Thorne)提出了另一種可能性，他提出的蟲洞具有以下特征：蟲洞的一端在地球上，另一端位于宇宙飛船中(飛船目前位于地球上)。我們暫且不談他的提議的技術細節，其他宇宙學家和物理學家已經假設了許多其他時空旅行的情形……其中大多數包括黑洞、蟲洞和白洞。我們永遠也不知道——也許在幾百年后，這三種現象(其中兩種目前是假設的)可能真的可以允許人類進行時間旅行! 盡管白洞只存在于“理論上”，但這種情況可能不會持續太久。畢竟，它們是廣義相對論方程的有效解……而且還有令人興奮和難忘的2006年的那次發現呢!我們不能忘記：黑洞曾經也是理論上的假設。在天體物理學的世界里，有非常多的現象曾經也只是理論性的!白洞可能存在也可能不存在，但這并不會阻礙著我們停止質疑、并試圖解開它們背后的秘密。一旦一個謎題出現在人類面前，人類的自然本能就是永不放棄……希望我們能很快解開這個白洞之謎。 |
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