白洞实际上能存在吗？

By Paul Sutter

2023/8/14

Science & Astronomy

按照广义相对论，白洞数学上是可能的。但是否意味着它们实际上在那里？

白洞是理论上以一种与一个黑洞相反方式功能的宇宙区域。 (Image credit: Future/Adam Smith)

黑洞似乎引起所有的注意，但关于它们的镜像孪生白洞呢？它们存在吗？如果存在它们在哪里呢？

要了解白洞的本质，首先我们必须检查远更熟悉的黑洞。黑洞是彻底引力坍塌的的区域，在那里引力已经压倒了宇宙中的所有的其他力并将一团物质一路压缩到一个叫奇点的无限小的点。围绕那个奇点的是事件地平线，它不是一个物理的、坚实的边界，而只是围绕一个奇点的边界，在那里的引力是如此强以至于没有任何我们知道宇宙怎样形成黑洞的事情。当一颗大质量恒星死亡时，它巨大的重量冲压在它的核上，触发一个黑洞的创造。任何离黑洞太近的物质或辐射都被强大的引力陷住并被拉到事件地平线之下到它的最终厄运。

我们通过爱因斯坦的广义相对论了解黑洞形成的这一过程以及黑洞如何与它们的环境相互作用。为了得出一个白洞的概念，我们必须认识到广义相对论并不关心时间的流动。这些方程是时间对称的，这意味着数学在时间上向前或向后跑中都完美的起作用。

因此，如果我们拍摄一部一个黑洞形成的电影并反向放映它，我们会发现一个天体流辐射和粒子。最终，它会爆炸，留下一颗大质量的恒星。这是一个白洞，按照广义相对论，这个场景完美的好的。

白洞会比黑洞更奇怪。它们在它们的中心仍然有奇点，在它们边界仍然有事件地平线。它们仍然是大质量的、引力的天体。但任何进入一个白洞的物质都会立即的以一个比光速更快的速度被甩，造成白辉光凶猛的照耀。在白洞外部的任何东西永远都不能进入它之内，因为它必须以超过光速的速度向内旅行穿过事件地平线。

但如果广义相对论的数学允许白洞，那么为什么我们不怀疑它们存在于真实的宇宙中呢？答案是广义相对论并不是关于宇宙的唯一的词。有其他物理学分支告诉我们关于宇宙的内部工作机理，比如我们的电磁学和热力学理论。

在热力学内，有熵的概念，非常粗略地讲，熵是一个系统中无序的量度。热力学第二定律告诉我们封闭系统的熵只能上升。换句话说，无序总是增加。

举一个例子，就说你把一架钢琴扔进了碎木机。出来一堆被粉碎的碎片。系统中的无序已经增加了，热力学第屑机里，你就不会从中得到一架完全成型的钢琴，因为这会造成无序来减少。（高度有序的系统如生命能在地球上出现------但它们以一个太阳内的熵增加代价而来。你仍然没有从碎木机中得到钢琴，无论你如何构建你的系统）。

我们不能简单地反向运行黑洞形成的过程并得到一个硬的否定。

来形成一个白洞的唯一方法是在早期宇宙中有一些异域过程，将一个白洞的存在烘焙进空时本身的织造中。这样，白洞形成过程将绕过减少熵的麻烦-------白洞会只是在那里存在，从时间的一开始。

事件地平线望远镜是通过国际合作锻造由八个地面射电望远镜组成的行星级阵列，捕捉到了星系M87中心的超大质量黑洞和它的阴影的图像。在这里，M87被以偏振光观望。 (Image credit: EHT Collaboration)

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不幸的是，白洞也会是疯狂的不稳定的。它们仍然吸引并将物质拉向它们，但没有任何东西能够跨越事件地平线。一旦任何东西甚至单个光子（光粒子）接近一个白洞，它会注定灭亡。如果粒子接近事件地平线，它将不能穿过它，发送系统的能量飙升。最终，粒子将有如此多的能量以至于它将触发白洞坍缩成一个黑洞，结束它的存在。

因此，白洞看起来很有趣并弯曲思维的，但它们似乎不是真实宇宙的特征------只是作祟广义相对论数学的幽灵。-