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宇宙中的白洞是怎么回事?

时间:2015-12-05 06:26:35 编辑:超人

白洞(white hole)是个假设的宇宙特性。被视为相反于黑洞的天体。黑洞表面让所有物质无从逃跑,而白洞则是物质和能量的爆发,因此任何物质都无法进入白洞。白洞可能是解决广义相对论(general relativity)的方案之一。此定律意味着如果在宇宙中存在着永恒的黑洞,那么白洞应该也存在。白洞就是反转时间的黑洞,具有重力,所以它们会吸引物质,但任何东西与白洞碰撞过程中是永远无法到达白洞。

理论上如果搭乘宇宙飞船接近白洞时,极有可能会被足以毁掉宇宙飞船的巨大的能量所覆盖,即使宇宙飞船能够承受伽玛射线,光速本身就会让宇宙飞船放慢速度,就像在地球时空气阻力会让行驶的车辆减速一样。

即使宇宙飞船构造能不受能量发射的影响,时空在白洞周围会怪异扭曲现象;接近白洞会像上坡,当你越动越慢,所需要的加速度却愈来愈大。宇宙中并没有足够的能量让你进入白洞。当然这是相当违反直觉的。白洞的能量怎么会来自时空于本身?这就是为什么白洞不可能存在的理由之一。有些理论认为白洞确有可能存在,但也许和广义相对论所描述的不太一样。

因为白洞被称为与黑洞相反的天体,白洞也可由引力奇点( Gravitational singularity )形成。奇点是时空的一个极小的点,在这个小点重力场变成无限大 。在物理学中无限值通常是意味着理论有缺失不足之处,因此量子力学和相对论对于奇点无法详细说明也不足为奇了。

可能的选项

很多白洞的现象已被提出。而之所以被提出是因为那是我们一直无法详细解释这神秘物体。伽玛射线(Gamma ray)暴裂、快速旋转的脉冲星(pulsars),以及即将寿终的黑洞都被研究过了。甚至大爆炸(the Big Bang)也被描述成是一个白洞。纵然白洞存在的理论引发一些疑问, 但到目前为止,并无人直接观测到白洞 。在没有更多观察或更完整的理论出现之前, 白洞似乎只是作为一个标记。

大爆炸(大霹雳The Big Bang)是白洞正是此趋势明显例子之一。在我们尚未确定宇宙的大小之前,有些猜测宇宙是由比我们所见还大的白洞产生的。现在我们知道宇宙极有可能是浩瀚无边的,使得以往对白洞的解释几乎可以肯定是错误的。

理论的限制

白洞是一个特定类型的奇点(singularity):一个裸奇点(naked singularity)。如同黑洞的奇点无法直接观察,因为逃逸速度(escape velocity)(需要挣脱引力的速度)大于光速,所以没有任何东西得以逃离。黑洞奇点是由一个分隔我们与黑洞的界面也就是事件视界 (event horizon)所保护着。在数学上,当有了一个奇点,时空便被破坏。为了避免这个问题,所以有事件视界的说法形成。

一个裸奇点是指没有事件视界(event horizon)的奇点。根据广义相对论的基本原则,宇宙不允许裸奇点的存在。这个想法被称为宇宙审查假说(cosmic censorship hypothesis)。然而数值模拟以及现今量子引力理论暗示了裸奇点有存在的可能。以量子力学来描述黑洞的性质会有个奇怪的现象是不包括重力的。如果以时间倒带或快转观看黑洞,它的行为完全一样也仍然是一个黑洞。这点虽不是量子理论和相对论之间最重要的冲突,但仍是两者显著的歧异。

白洞存在最重要的限制是量度系统制序的方法:熵(entropy)。根据热力学定律,宇宙的熵净值始终不断增加。熵可以局部下降;例如,冷冻柜降低水的熵将其变成冰,但冷冻柜的机器则释放大量的热,所以熵的总合仍在不断地增加。白洞降低了熵,这正是白洞存在的基本反证。在宇宙中的事物都依循着热力学定律(the laws of thermodynamics)。尽管常有人宣称永动机(perpetual motion machines)和一些特殊事件并不符合热力学定律,到目前为止,还未观察到任何违反热力学定律的现象,。

白洞的未来

白洞吸引了很多人,也提供了平衡的概念。白洞研究应将继续。就以黑洞为例,广义相对论的几个特点,当初仅是好奇的理论。目前没有确切的证据证明白洞的存在,但或许在这浩瀚复杂的宇宙中,的确有白洞存在的空间。

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