宇宙中最奇异的天体,黑洞的反面——白洞

[日期:2019-04-04] 作者:物理组 次浏览 [字体: ]

      白洞是一种假设的宇宙天体。它被认为是黑洞的反面。我们都知道黑洞由于极大的引力不会让任何东西从它们的表面逃逸,吞噬掉一切靠近它的物体,而白洞正好相反,它物质和能量的喷发,没有任何东西可以进入它们。

      白洞是广义相对论的可能解决方案。这个定律暗示如果宇宙中存在永恒的黑洞,那么也应该存在一个白洞,白洞是一个黑洞的时间逆转。和黑洞一样,白洞也会产生重力,所以它们会吸引周围的物体,但任何靠近白洞的物体最终都不会到达白洞。

      从理论上讲,如果你乘坐宇宙飞船接近一个白洞,你会被白洞喷发的巨大能量所淹没,这很可能会毁掉你的飞船。即使你的宇宙飞船能够承受伽马射线,也会逐渐减速,甚至靠近白洞的光线也会开始减慢速度,就像空气阻力减慢地球上移动的车辆一样。

      即使宇宙飞船不受能量辐射的影响,时空也会在白洞周围歪曲; 接近一个白洞就像走上坡路。当您越来越接近白洞时,所需的能量和加速度会越来越高,实际上,宇宙中没有足够的能量让你进入一个白洞。当然,这是违反直觉的。除了时空本身之外,白洞喷发的物质和能量怎么可能无穷无尽?这也是白洞存在的可能性不大的一个原因。然而,有一些理论认为白洞是可能的,但也许并不像广义相对论中所描述的那样。

       由于它们被称为黑洞的对应物,因此引力奇点也会形成白洞。奇点是时空中的点状特征,其中引力场变为无限大。物理学中的无限值通常表明理论中存在缺失的部分,因此量子力学和相对论难以解释奇点的精细细节也就不足为奇了。

      一项新的研究发现,白洞在理论上是黑洞的确切对立面,可能构成神秘暗物质的主要部分,被认为构成宇宙中的大部分物质。研究人员表示,其中一些奇怪的白洞甚至可能早于大爆炸就存在。

 黑洞是爱因斯坦广义相对论的一种预测,黑洞拥有如此强大的引力,即使是光,宇宙中最快的东西也无法逃脱它们。围绕黑洞核心的球形不归路边界被称为事件视界。而白洞就像一个反向的黑洞:没有任何东西可以逃离黑洞的事件视界,没有任何东西可以进入白洞的事件视界。之前的研究表明,黑洞和白洞是相连的,物质和能量会落入一个黑洞,可能会从宇宙中的其他地方或整个宇宙中的白洞中出现。2014年,法国 Aix-Marseille 大学的理论物理学家卡洛·罗维利及其同事提出,黑洞和白洞可能以另一种方式相连:当黑洞死亡时,它们可能变成白洞。

      在 20 世纪 70 年代,理论物理学家斯蒂芬·霍金计算出所有黑洞都应该通过发射辐射来蒸发质量。失去更多质量的黑洞预计会缩小并最终消失。然而,在2014年的研究中,罗维利和他的团队提出,一旦黑洞蒸发到不能再缩小的程度,因为时空不能被挤压成任何更小的空洞,那么垂死的黑洞会反弹形成白洞。

       当大型恒星死于称为超新星的巨大爆炸时,人们认为会形成黑洞,这些爆炸将其尸体压缩成黑洞心脏中被称为奇点的无限密集点。罗维利和他的同事之前曾估计,质量等于太阳质量的黑洞大约经过当前宇宙年龄的千万亿倍时,才能转化为白洞。

       然而,在 20 世纪 60 年代和 70 年代的先前工作表明,由于热的,快速膨胀的新生儿宇宙中密度的随机波动,黑洞也可能在大爆炸后的一秒钟内产生。这些波动集中在一起的区域可能会坍塌形成黑洞。罗维利和他的同事指出,这些所谓的原始黑洞比恒星质量的黑洞要小得多,并且可能在宇宙的生命周期内死亡形成白洞。 即使是具有微观直径的白洞质量可能非常庞大,就像小于沙粒的黑洞可能比月球重得多。现在,罗维利和研究的共同作者,西班牙巴斯克地区大学的佛朗西斯科·为多托认为,这些微小的白洞可以构成暗物质。

      虽然暗物质被认为占宇宙中所有物质的五分之六,但科学家并不知道它是由什么组成的。顾名思义,暗物质是看不见的; 它不会发光,反射甚至阻挡光线。因此,目前只能通过对正常物质的引力效应来跟踪暗物质,例如构成恒星和星系的物质。暗物质的性质是目前科学界最神秘的问题之一。

      这些白洞不会发射任何辐射,因为它们远小于光的波长,所以它们是不可见的。如果一个质子碰巧撞击其中一个白洞,那么白洞“就会反弹,”罗维利说。“他们不能吞下任何东西。”如果黑洞遇到其中一个白洞,结果将是一个更大的黑洞,他补充说。好像从时间的早期看不见的微观白洞的想法不够狂野,罗维利和为多托进一步表明,这个宇宙中的一些白洞实际上可能早于大爆炸。他说,未来的研究将探讨前一个宇宙中的这些白洞如何有助于解释为什么时间只能在当前宇宙中向前流动,而不是相反。

       很多现象都被提出作为白洞。通常选择它们是因为它们是我们无法详细解释的神秘物体。伽玛射线爆发,快速旋转的脉冲星和黑洞已经到了生命的尽头。即便是大爆炸也被描述为白洞。但到目前为止,还没有直接观察到任何白洞,甚至他们的理论存在也引发了一些危险信号。似乎白洞被用作地标,直到更多的观察或更好的理论出现。

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