白洞之謎
白洞是理論上預言的一種天體,其性質與黑洞正相反。白洞有一個封閉的邊界。與黑洞不同的是,白洞內部的物質(包括輻射)能夠經過邊界發射到外麵去,而邊界外的物質卻不能落到白洞裏麵來。所以,白洞像一個噴泉,不斷向外噴射物質(能量)。
自洞學說主要用來解釋一些高能現象。白洞是否存在,尚無觀測證據。有人認為,白洞並不存在。這是因為白洞外部的時空性質與黑洞一樣,白洞可以把它周圍的物質吸積到邊界上形成物質層。隻要有足夠多的物質,引力坍縮就會發生,導致形成黑洞。同時,按照目前的理論,大質量恒星演化到晚期就會經坍縮而形成黑洞;但並不知道有什麽過程會導致形成白洞。如果白洞確實存在,則可能是宇宙大爆炸時殘留下來的。
從定義上來說,白洞與黑洞是物理學家根據黑洞在愛因斯坦的相對論上所提出的物體。簡單地講,白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞,進入黑河的物質,最後應會從白洞出來,出現在另外一個宇宙。由於具有和“黑”洞完全相反的性質,所以叫做“白”洞。白洞是一個強引力源,其外部引力性質與黑洞相同。白洞是理論上通過對黑洞的類比而得到的一個十分“學者化”的理論產物。
白洞和黑洞一樣,有一個“視界”。但是和黑洞不一樣,時空曲率在這裏是負無限大,也就是說,在這裏,白洞對外界的斥力達到無限大,就算是光筆直向白洞的奇點衝去,它也會在白洞的視界上完全停止住,無法進入白洞一步。
白洞也可以根據是否旋轉,是否帶有電荷分類。但是理論物理學家們認為,白洞無限大的斥力會迫使白洞不帶有任何電荷,因為電荷很容易就被趕到了視界外。至於旋轉,也被認為是不可能的。不過白洞似乎隻可能是一種想象中的產物。如果白洞不吸收任何物體而僅僅是噴射物質,那麽不管這個白洞的質量有多大,它的物質也會很快被噴射光。
當然,物理學家們也為白洞提供了幾個存在的想法,有人認為白洞和黑洞通過蟲洞連接。
黑洞作為一個發展終極,必然引致另一個終極,即白洞。其實膨脹的大爆發宇宙論中,早就碰到了原初火球的奇點問題,這個問題一直困擾著科學家們。這個奇點的最大質量與密度和黑洞的奇點是相似的,但活動機製卻恰恰相反。高能量超密物質的發現,顯示黑洞存在的可能,自然也顯示了白洞存在的可能。
假設宇宙物質按不同的路徑和時間走到終極,那麽也可能按不同的時間和路徑從原始出發,也就是在大爆發之初的大白洞發生後,仍可能出現小爆發小白洞。而且,流人黑洞的物質命運究竟怎樣呢?是永遠累積在無窮小的奇點中,直到宇宙毀滅,還是在另一個宇宙湧出呢?
20世紀60年代以來,隨著空間探測技術在天文觀測中的廣泛應用,人們陸陸續續發現了大量高能天體物理現象,例如宇宙×射線爆發、宇宙γ射線爆發、超新星爆發、星係核的活動和爆發以及類星體、脈衝星等。
這些高能天體物理現象用已知的物理學規律已經無法解釋。就拿類星體來說吧,類星體的體積與普通恒星相當,而它的亮度卻比普通星係還亮。類星體這種個頭小、亮度大的獨特性質,是以前從未見到過的,這就使科學家們想到類星體很可能是一種與人們已知的任何天體都迥然不同的天體。
怎麽解釋類星體現象呢?科學家們提出了各種各樣的理論模型。前蘇聯的諾維柯夫和以色列的尼也曼提出的白洞模型,引起了眾人的注意。白洞概念就這樣問世了。
如果黑洞從有到無,那白洞就應從無到有。20世紀60年代的蘇聯科學家開始提出白洞的概念,但這概念不像黑洞這麽通行,看來白洞似乎更虛幻了。問題是我們已經對引力場較為熟悉,從恒星、星係演化為黑洞有數理可循,可是白洞靠什麽來觸發,目前卻依然茫然無緒。無論如何宇宙至少觸發過一次,因而白洞的研究顯然與宇宙起源的研究更有密切的關係,白洞學說通常與宇宙學結合起來。
有人認為,類星體的核心就可能是一個白洞。當白洞內中心點所聚集的超密態物質向外噴射時,就會同它周圍的物質發生猛烈碰撞,而釋放出巨大的能量。所以,有些×射線、宇宙線、射電爆發、射電雙源等現象,可能與白洞的這種效應有關。白洞現在還隻是一種理論模型,尚未被觀測所證實。