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
【白洞和黑洞和灰洞 白洞是怎么出现的】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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