宇宙奧秘對時空中有些爆發(fā)的搜尋已經(jīng)開始。但它們最終會成為現(xiàn)實，還是依然停留在科幻？宇宙中充滿著怪異而極端的現(xiàn)象。例如，大家已經(jīng)司空見慣的黑洞。黑洞會吞噬掉任何它可及的一切。不過，有“黑”就有“白”，與黑洞截然相反的是白洞。簡單來說，白洞就是在時間上反演的黑洞。如果你以某種方式拍攝了一段黑洞的視頻，把它倒過來播放就能看到一個白洞。與一味地俘獲和吞食物質(zhì)的黑洞相反，白洞會把物質(zhì)噴射進太空，只出不進。 白洞的藝術(shù)概念圖。白洞是在時間上反演的黑洞，但與只會吞食物質(zhì)的黑洞相反，它會把物質(zhì)和輻射噴射進太空。 豈止是怪 白洞存在于愛因斯坦的廣義相對論中。在數(shù)學(xué)上來說，白洞和黑洞都是滿足廣義相對論場方程的解。廣義相對論的場方程描述了物質(zhì)是如何作用于時空結(jié)構(gòu)并使之發(fā)生扭曲的。任何有質(zhì)量的物體都會對其周圍的環(huán)境施加引力作用。質(zhì)量越大，引力效應(yīng)就越強。與絕大多數(shù)物理學(xué)規(guī)律一樣，廣義相對論在數(shù)學(xué)上可以向前和向后運行。如果廣義相對論的方程允許物質(zhì)和能量進入某個區(qū)域后便無法再離開，即黑洞，那么它也允許物質(zhì)和能量只能離開某個區(qū)域而無法進入，即白洞。 這個想法在數(shù)學(xué)上沒錯，但并不意味著白洞是真實存在的。 和黑洞不同，目前認(rèn)為白洞是假想中的天體，不太可能存在于現(xiàn)實之中。眼下，天文學(xué)家沒有任何證據(jù)能證明在可觀測宇宙中存在白洞。白洞仍是基于自然規(guī)律的時間反演對稱性而做出的理論預(yù)言。但時間反演也預(yù)言，如果我們看到一個茶杯掉落并砸碎在地上，那么原則上我們還能看到所有的碎片聚合成一個茶杯，然后再向上飛行。但是，在現(xiàn)實中從來沒有看到后面這種情況，在某些方面白洞也與之相似。雖然時間反演過程并不違反物理學(xué)定律，但科學(xué)家們并不認(rèn)為它們會在自然界中發(fā)生。當(dāng)大質(zhì)量恒星耗盡其核燃料時，便無法再支撐自己，于是就會坍縮成黑洞，它的中心是一個密度無窮大的“奇點”。黑洞有著強大的引力場，即便是光也無法從那里逃逸。 與黑洞不同，白洞存在的主要障礙之一就是還沒有已知的任何一個物理過程可以創(chuàng)造出一個白洞。天文學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了黑洞的存在，知曉了它們的形成方式，因此它們不僅滿足愛因斯坦的場方程，而且還真實地存在于宇宙之中。但是，在已知的所有物理和天文過程中，沒有一個能真正制造出一個白洞。 有一些科學(xué)家猜想，可以通過奇異的過程來形成白洞。其中一個理論涉及量子隧穿，這是一種奇特的現(xiàn)象，允許物質(zhì)在極其微小的量子尺度上具有反常的行為。這一過程有可能把黑洞變成白洞。舉個例子，如果你跌落到一個山谷中且沒有足夠的力氣爬上來，那你就會被困在那里，除非遇到好心的路人提供幫助。但在量子物理學(xué)中，事情就并非如此了。和上述的情況相反，你可以打一條隧道穿行到另一個山谷。 科學(xué)家們的想法是，也許可以使用量子引力理論，在廣義相對論的不同解之間進行隧穿。在量子力學(xué)下，你可以從一個黑洞開始，然后將其隧穿成一個白洞。然而，隧穿過程非常罕見，目前還沒有人確切知道它們發(fā)生的概率有多大，很有可能罕見到永遠(yuǎn)也不會發(fā)生。白洞也有可能是宇宙中其他地方（甚至多重宇宙中另一個宇宙里），黑洞形成時的產(chǎn)物。在這種情況下，白洞和黑洞會在時間和空間上相互連通，其橋梁就是蟲洞。物質(zhì)會落入黑洞，然后穿過蟲洞，再從其他地方的白洞噴出。雖然蟲洞也是愛因斯坦場方程成立的一個解，但無論從哪個角度來看它都脫離不了“另類”的屬性。類似于白洞，雖然蟲洞在數(shù)學(xué)上是可行的，但我們還不知道有什么過程可以形成蟲洞。證明蟲洞存在的證據(jù)甚至比白洞的證據(jù)還要少得多。要制造一個蟲洞，你需要一類我們從未見過的、非同尋常的奇異物質(zhì)，所以蟲洞的存在會是一個令人瞠目結(jié)舌的結(jié)果。  白洞也有可能是黑洞形成時的產(chǎn)物。蟲洞會在時間和空間上連接兩端的白洞和黑洞。物質(zhì)會先落入黑洞，然后穿過蟲洞，再從白洞噴出。 止于觀測？ 盡管無法直接觀測黑洞，但卻可以通過探測其周圍超高溫物質(zhì)所發(fā)出的X射線來尋找它們，或者通過觀測圍繞一個空白區(qū)域運動的恒星和氣體的運動來探測它們。由此，科學(xué)家們可以推斷出在那里潛藏著一個質(zhì)量巨大且不可見的天體，它正在擾動周圍的環(huán)境。借由這一方法證明在銀河系中心存在一個超大質(zhì)量黑洞，被稱為人馬A*。 然而，白洞卻以可觀測而聞名。它們會突然創(chuàng)生，把大量的能量噴射入太空，然后又消失。2006年，科學(xué)家們觀測到了一個與之類似的事件——一次發(fā)生在距離地球數(shù)十億光年之外的突然爆發(fā)。從開始到結(jié)束整個過程只持續(xù)了102秒。然而，突然的能量爆發(fā)在宇宙中十分普遍。宇宙中最強勁的爆發(fā)事件被稱為γ射線暴，它們是由恒星碰撞、超新星爆發(fā)、甚至是恒星與黑洞或者黑洞間并合所產(chǎn)生的極端過程。依據(jù)持續(xù)的時間長短和其他特性，γ射線暴被分成兩類，它們有著不同的起源。科學(xué)家們認(rèn)為2006年的爆發(fā)事件就是一次γ射線暴，將其命名為GRB 060614。然而，它的屬性特殊，無法歸入已知的兩類爆發(fā)。更令人困惑的是，在GRB 060614所處的天區(qū)似乎沒有合適它的前身天體，這一爆發(fā)就如同無中生有一般。 2011年，有兩位科學(xué)家提出，這一爆發(fā)事件也許是我們第一次觀測到白洞。最近的天文觀測表明，γ射線暴可能存在第3個類型，其原型就是GRB 060614，這些γ射線暴持續(xù)時間長，沒有任何的超新星輻射，可以很自然地用白洞爆炸來解釋。甚至有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙大爆炸本身可能就是一個白洞在噴發(fā)。絕大多數(shù)天體物理學(xué)家都不相信有白洞存在，但有少量的科學(xué)家則持不同的觀點。他們認(rèn)為，在宇宙初始的奇點大爆炸顯然就是一個巨大的白洞，從中噴涌出了宇宙中所有或者絕大多數(shù)的物質(zhì)。 大爆炸確實與白洞十分相似，GRB 060614與白洞也相似。但這兩個觀點還都僅僅是猜測。大爆炸是一個白洞嗎？未必。宇宙的坍縮類似于黑洞，宇宙的膨脹則類似于白洞，兩者雖然形似，但并不意味著兩者在物理上的對應(yīng)關(guān)系?？赡芘c白洞相關(guān)的另一個現(xiàn)象是快速射電暴。它們是持續(xù)時間極短的爆發(fā)，目前起源未知。然而，有跡象表明有些快速射電暴具有周期性，由此可以排除它們是白洞的可能性。  黑洞無法被直接觀測到，但卻可以通過探測其周圍的X射線輻射以及測量恒星和氣體的運動來尋找它們。通過這一方法證明在銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞人馬A*。版權(quán)：ESO。 盡管仍是假想中的天體，但確實有設(shè)備能夠探測到它們。激光干涉引力波觀測臺是目前最大的引力波和黑洞探測裝置。引力波與宇宙中最極端和最高能的現(xiàn)象——黑洞、中子星和恒星死亡——相連。激光干涉引力波觀測臺已經(jīng)探測到了不同黑洞之間的碰撞。雖然目前還沒有直接的搜索計劃，但它也能探測白洞。還有其他儀器設(shè)備會探測高能γ射線源，包括目前正在建造的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列、正在環(huán)地球軌道上工作的費米γ射線空間望遠(yuǎn)鏡和“射電天文”衛(wèi)星。俄羅斯的“射電天文”衛(wèi)星發(fā)射于2011年，正在觀測銀河系內(nèi)外的射電源?！吧潆娞煳摹毙l(wèi)星的科學(xué)家表示，該衛(wèi)星具備了觀測此類現(xiàn)象的能力。 它觀測的是星系中心附近的磁場。盡管迄今還沒有證據(jù)表明其存在性，但如果那里的磁場存在宏觀尺度上的磁單極性——即只有一個磁極，那它就有可能是一個蟲洞。與吞噬周圍氣體和物質(zhì)的黑洞相反，蟲洞以及它所連接的白洞會向外發(fā)出輻射。 開放的思維 雖然白洞研究具有極高的風(fēng)險性，其概念也仍處于假想狀態(tài)，但對黑洞的研究曾經(jīng)也經(jīng)歷過這樣的階段。在發(fā)現(xiàn)廣義相對論的第一個黑洞解時，人們都無不感到驚訝，認(rèn)為它在現(xiàn)實宇宙中絕不可能存在。甚至在很長一段時間里，教科書都把它稱為一個怪異的解?，F(xiàn)在我們知道，這些觀點都是錯的！今天有大量的證據(jù)表明，黑洞其實無處不在。對于白洞來說，我們可能也需要一個開放的態(tài)度。數(shù)學(xué)上并沒有否定白洞的存在，所以至少可以去嘗試著尋找一下它們。  在環(huán)繞地球的軌道上，費米γ射線空間望遠(yuǎn)鏡正在監(jiān)視天空中出現(xiàn)的γ射線暴，為證實或者否定白洞的存在提供新的線索。版權(quán)：NASA。 要么，尋找到更多的線索來進一步排除白洞存在的可能性；要么，尋找到更多證據(jù)來支持白洞在宇宙中存在的概率。 （責(zé)任編輯 張長喜） |
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