什麼是白洞?

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白洞(white hole)是個假設的宇宙特性。被視為相反於黑洞的天體。黑洞表面讓所有物質無從逃跑,而白洞則是物質和能量的爆發,因此任何物質都無法進入白洞。

白洞可能是解決廣義相對論(general relativity)的方案之一。此定律意味著如果在宇宙中存在著永恆的黑洞,那麼白洞應該也存在。白洞就是反轉時間的黑洞,具有重力,所以它們會吸引物質,但任何東西與白洞碰撞過程中是永遠無法到達白洞。

理論上如果搭乘太空船接近白洞時,極有可能會被足以毀掉太空船的巨大的能量所覆蓋,即使太空船能夠承受伽瑪射線,光速本身就會讓太空船放慢速度,就像在地球時空氣阻力會讓行駛的車輛減速一樣。

即使太空船構造能不受能量發射的影響,時空在白洞周圍會怪異扭曲現象;接近白洞會像上坡,當你越動越慢,所需要的加速度卻愈來愈大。宇宙中並沒有足夠的能量讓你進入白洞。

當然這是相當違反直覺的。白洞的能量怎麼會來自時空於本身?這就是為什麼白洞不可能存在的理由之一。有些理論認為白洞確有可能存在,但也許和廣義相對論所描述的不太一樣。

因為白洞被稱為與黑洞相反的天體,白洞也可由引力奇點( Gravitational singularity )形成。奇點是時空的一個極小的點,在這個小點重力場變成無限大 。在物理學中無限值通常是意味著理論有缺失不足之處,因此量子力學和相對論對於奇點無法詳細說明也不足為奇了。

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可能的選項

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很多白洞的現象已被提出。而之所以被提出是因為那是我們一直無法詳細解釋這神秘物體。

伽瑪射線(Gamma ray)暴裂、快速旋轉的脈衝星(pulsars),以及即將壽終的黑洞都被研究過了。甚至大爆炸(the Big Bang)也被描述成是一個白洞。縱然白洞存在的理論引發一些疑問, 但到目前為止,並無人直接觀測到白洞 。在沒有更多觀察或更完整的理論出現之前, 白洞似乎只是作為一個標記。

大爆炸(大霹靂The Big Bang)是白洞正是此趨勢明顯例子之一。在我們尚未確定宇宙的大小之前,有些猜測宇宙是由比我們所見還大的白洞產生的。現在我們知道宇宙極有可能是浩瀚無邊的,使得以往對白洞的解釋幾乎可以肯定是錯誤的。

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理論的限制

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白洞是一個特定類型的奇點(singularity):一個裸奇點(naked singularity)。如同黑洞的奇點無法直接觀察,因為逃逸速度(escape velocity)(需要掙脫引力的速度)大於光速,所以沒有任何東西得以逃離。黑洞奇點是由一個分隔我們與黑洞的界面也就是事件視界 (event horizon)所保護著。在數學上,當有了一個奇點,時空便被破壞。為了避免這個問題,所以有事件視界的說法形成。

一個裸奇點是指沒有事件視界(event horizon)的奇點。根據廣義相對論的基本原則,宇宙不允許裸奇點的存在。這個想法被稱為宇宙審查假說(cosmic censorship hypothesis)。然而數值模擬以及現今量子引力理論暗示了裸奇點有存在的可能。

以量子力學來描述黑洞的性質會有個奇怪的現象是不包括重力的。如果以時間倒帶或快轉觀看黑洞,它的行為完全一樣也仍然是一個黑洞。這點雖不是量子理論和相對論之間最重要的衝突,但仍是兩者顯著的歧異。

白洞存在最重要的限制是量度系統制序的方法:熵(entropy)。根據熱力學定律,宇宙的熵淨值始終不斷增加。熵可以局部下降;例如,冷凍櫃降低水的熵將其變成冰,但冷凍櫃的機器則釋放大量的熱,所以熵的總合仍在不斷地增加。

白洞降低了熵,這正是白洞存在的基本反證。在宇宙中的事物都依循著熱力學定律(the laws of thermodynamics)。儘管常有人宣稱永動機(perpetual motion machines)和一些特殊事件並不符合熱力學定律,到目前為止,還未觀察到任何違反熱力學定律的現象,。

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白洞的未來

白洞吸引了很多人,也提供了平衡的概念。白洞研究應將繼續。就以黑洞為例,廣義相對論的幾個特點,當初僅是好奇的理論。目前沒有確切的證據證明白洞的存在,但或許在這浩瀚複雜的宇宙中,的確有白洞存在的空間。

來源: Iflscience