【菜科解读】

白洞是理论上的宇宙区域，其功能与黑洞相反。

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神奇的地球uux.cn据美国宇宙网 黛西·多布里耶维奇：白洞是理论上的宇宙区域，其功能与黑洞相反。

就像没有东西能逃出黑洞一样，也没有东西能进入白洞。

长期以来，白洞被认为是广义相对论虚构出来的，和它们的塌缩的太阳兄弟黑洞来自同一个方程式。

然而，最近一些理论家开始质疑这些时空的孪生漩涡是否是同一枚硬币的两面。

对于从远处观看的宇宙飞船人员来说，白洞看起来和黑洞一模一样。

它有质量。

它可能会旋转。

一圈尘埃和气体可能聚集在事件视界周围——将该物体与宇宙其余部分隔开的气泡边界。

但是如果他们继续观察，船员们可能会目睹一个对黑洞来说不可能发生的事件——打嗝。

“只有在事情发生的那一刻，你才干说，‘啊，这是一个白洞，’”法国物理理论中心的理论物理学家卡尔罗·罗威利说。

物理学家将白洞描述为黑洞的“时间反转”，这是一个黑洞倒放的视频，就像弹跳的球是下落的球的时间反转一样。

虽然黑洞的视界是一个不归的球体，但白洞的视界是一个禁止进入的边界——时空最高级的俱乐部。

没有宇宙船会到达这个区域的边缘。

白洞内的物体可以离开并与外部世界相互作用，但由于没有东西可以进入，内部与宇宙的过去隔绝了:任何外部事件都不会影响内部。

“不知何故，过去有一个奇点会影响外部世界的一切，这更令人不安，”黑洞先驱、华盛顿大学名誉教授詹姆斯·巴丁说。

理论上的双胞胎

爱因斯坦的场方程在1915年像海啸一样袭击了物理学，理论家们仍在整理残骸。

除了描述万有引力，他的假设还带来了一个关于现实本质的颠覆性信息。

不仅仅是一个僵硬的背景，空间和时间随着太阳和行星的质量一起弯曲和折叠。

这一发现引发了一场竞赛，旨在计算空间能从飘过其中的物质中吸取多少虐待。

一年之内，物理学家和天文学家卡尔·史瓦西发现了爱因斯坦方程的第一个精确解，计算出时空是怎么围绕一个质量球弯曲的。

在他的答案中埋下了今天物理学家所称的奇点的种子——一个缩小到无限密集点的球形质量，将空间紧紧包裹在它周围，以至于该区域与宇宙的其余部分分离。

它形成了一个无人区，其视界打破了因果之间的联系。

黑洞通向哪里？

黑洞，最著名的奇点，是扭曲到不存在出口的空间区域。

外部宇宙可以影响黑洞视界的内部，但内部不能影响外部。

当数学家马丁·大卫·克鲁斯卡尔在1960年将施瓦茨希尔德的黑洞描述扩展到时空的所有领域时，他的新图片包含了黑洞奇点的反映，尽管他当时没有意识到它的主要性。

后来，随着黑洞进入平常用语，一个自然的术语出现在他们的理论双胞胎中。

“人们花了40年来理解黑洞，直到最近人们才开始关注白洞，”罗维利说。

事件视界望远镜是一个由八个地面射电望远镜组成的行星级阵列，通过国际合作打造，捕捉到了这张M87宇宙岛中心超大质量黑洞及其阴影的图像。

这里M87是在偏振光下观察的。

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专家解答的白洞常见问题

我们问了悉尼大学的天体物理学家Geraint Lewis一些关于白洞的问题。

杰兰特·刘易斯

天体物理学家

Geraint Lewis是悉尼大学的教授，他专门研究利用广义相对论预测的引力透镜现象来探索宇宙的结构。

什么是白洞？

1916年，爱因斯坦的广义相对论第一次发表一年后，卡尔·史瓦西发明了该理论，白洞从该理论的解中出现。

史瓦西写下了将宇宙中的黑洞描述为完全坍缩的物体的数学。

他必须做出选择，在广义相对论中没有任何东西规定时间流向。

你可以把时钟指向这个特定的方向，这就给了你这张图片，东西掉进了黑洞。

这就是引力吸引人的地方，但是你也可以选择时间流动的相反方向，得到相反的效果。

因此，除了黑洞，史瓦西的数学也通过翻转时间运作的方式给了我们一个白洞。

白洞和黑洞有什么不同？

从某种意义上来说，白洞是黑洞的反义词。

所以在黑洞里，你有一个强烈的引力场，把东西拉进来，你有这个单向膜，叫做视界。

你穿越了那个视界，然后你被捕获，你无法逃离那个黑洞。

引力已经抓住了你，你的未来注定在黑洞的中心，无论你做什么。

现在一个白洞是它的反面。

所以白洞几乎就像反重力无休止地喷射物质。

对于白洞，你有一个事件视界，里面的东西穿过事件视界，被喷射到宇宙中，你实际上不能进入白洞。

所以在黑洞里，你可以向内通过，但不能向外通过。

在白洞里，你可以向外通过，但不能向内通过。

有证据证明白洞存在吗？

答案是否定的，真的。

我的意思是，有人推测宇宙中一些奥秘的东西可能有白色的家的签名。

我们没有什么可以指出的，就像我们可以指出一个黑洞说，'是的，这是一个白洞。

'

也许这是因为我们对过去和未来所做的选择，也许未来的方向只有一个真正的选择，这意味着我们只能有黑洞解决方案。

一些科学家认为，宇宙是不对称的，我们看到了大爆炸的开始，我们面前有无限的未来，这意味着未来被写入宇宙，它设定了单向的时间方向，这意味着只有黑洞解才干存在。

因此，即使数学上有可能存在白洞，我们的宇宙是不对称的这一事实意味着它们在物理上并没有实现。

天文学家要寻找什么才干发现白洞？

人们认为这将是一个地方，那里的东西会被喷射出大量的能量。

像罗杰·彭罗斯这样的科学家认为，白洞就像另一个宇宙中黑洞的出口。

所以物质会掉进一个宇宙的黑洞，然后通过一个白洞被喷射到另一个宇宙。

因此，人们一直在寻找能量似乎流入宇宙的地方，但有什么东西具有白洞的独特标志，那里没有什么确定的东西。

你相信白洞存在吗？

我敢打赌，在我们的宇宙中，我们没有白洞。

我喜欢相对论中一些更奇特的东西。

所以我仍然为时间扭曲和扭曲驱动以及一些理论上可能但不可能实现的事情祈祷。

所以我有一点点希望白洞能够存在，但是在我内心深处，我认为也许它们不存在。

为何白洞可能不存在

虽然广义相对论在理论上描述了白洞，但没有人知道白洞实际上是怎么形成的。

当一颗太阳坍缩成一个微小的体积时，黑洞封闭了它的空间，但倒放这段视频没有物理意义。

一个事件视界爆炸成一个功能太阳看起来有点像一个正在整理自己的鸡蛋——这违反了要求宇宙随着时间变得更加混乱的统计定律。

即使大白洞真的形成了，它们也不会停留太久。

任何向外的物质都会与轨道上的物质发生碰撞，这个系统就会坍缩成一个黑洞。

纽约巴德学院的理论物理学家哈尔·哈格德说:“我认为，一个长寿的白洞是不太可能的。

”

为何白洞可能存在

有一段时间，白洞似乎和虫洞有着同样的命运——数学上允许的时空扭曲可能被现实所禁止。

但是最近几年，一些物理学家把白洞带了回来，试图把它们更黑暗的兄弟姐妹从不体面的死亡中拯救出来。

自从斯蒂芬·宇宙怪才霍金在20世纪70年代意识到黑洞会泄漏能量以来，物理学家们就一直在争论这些实体是怎么可能萎缩和死亡的。

许多人会问，如果黑洞蒸发掉了，它所吞噬的一切的内部记录会发生什么变化？广义相对论不会泄露信息，量子力学禁止删除。

“黑洞是怎么死亡的？我们不知道。

白洞是怎么诞生的？也许白洞是黑洞的死亡，”罗维利说。

“这两个问题很好地结合在一起，但你必须在从一个问题到另一个问题的过程中违反广义相对论方程。

”

罗维利是量子环引力的创始人，这是一个不完整的尝试，试图通过将空间本身描述为由乐高式粒子修筑而超越广义相对论。

在这一框架工具的指导下，他和其他人描述了一个场景，其中黑洞变得如此之小，以至于它不再遵守太阳和台球的常识性规则。

在粒子层面上，量子随机性占据上风，黑洞可能会转变为白洞。

根据Haggard的说法，这样一个微克大小的白洞，质量类似于人类的头发，不会有其黑洞祖先的引力戏剧，但会隐藏一个洞穴般的内部，包含它在前世吞下的一切信息。

由于太小，无法吸引轨道物质，白洞可能会保持足够稳定，最后吐出其前身积累的所有信息。

在太阳燃尽、黑洞枯萎之后，白洞终有一天会主宰宇宙。

Haggard猜测，任何观察者都可以很容易地发现这些物体是相对较大的粒子，但那些日子是目前宇宙年龄的无数万亿倍。

“这是我在物理学界见过的最疯狂的时间尺度，”哈格德说。

终极白洞

或者，白洞的余波可能到处都存在。

对于黑洞物理学家来说，大爆炸的物质和能量看起来像潜在的白洞行为。

哈格德说:“这两种情况下的几何形状非常相似。

”。

"甚至有时数学上完全相同."

宇宙学家称这张图片为“大反弹”，一些人在宇宙最早的可观测光中寻找特有的白洞特征。

罗维利还想知道剧烈的射电爆发是否代表了大爆炸遗留下来的理论上的迷你黑洞的叫声，因为它们早期过渡到了白洞 尽管这种解释似乎越来越不可能。

宇宙可能不会把自己扭曲成广义相对论允许的所有形状，但是哈格德认为物理学家应该一直跟踪这个兔子洞直到最终。

“你为何不调查它们 白洞是否有有趣的结果，”他说。

“这些结果可能不是你所期望的，但忽略它们是鲁莽的。

”

中等质量黑洞发现未解之谜

2019年5月21日，LIGO和室女座干涉仪探测到编号为GW190521的引力波信号，该信号源于两个黑洞碰撞合并。

分析显示，合并后的黑洞质量约为太阳的142倍，而其“父母”黑洞的质量分别为太阳的66倍和85倍。

这一发现被认定为首个对中等质量黑洞的直接探测，填补了恒星质量黑洞（约100倍太阳质量）与超大质量黑洞（百万至十亿倍太阳质量）之间的质量空白。

高质量间隙黑洞的突破性意义此次发现的85倍太阳质量黑洞具有特殊意义。

根据现有恒星演化模型，质量超过65倍太阳的黑洞无法通过单颗恒星坍缩形成，因其超新星爆发会完全摧毁恒星核心，无法留下坍缩为黑洞的物质。

该黑洞的发现首次明确了“高质量间隙”（恒星质量黑洞与中等质量黑洞之间）的存在，挑战了传统理论，并为研究黑洞形成机制提供了新方向。

引力波探测技术的关键作用传统黑洞探测依赖间接方法（如观测黑洞吞噬物质时释放的辐射），而引力波探测技术（如LIGO）通过捕捉双黑洞合并产生的时空涟漪，实现了对黑洞的直接观测。

GW190521的信号虽仅持续十分之一秒，但科学家通过分析其特征（如频率、振幅），结合爱因斯坦广义相对论，确认了中等质量黑洞的诞生。

这一技术突破为黑洞研究开辟了新途径。

科学界的争议与未解问题尽管证据确凿，但科学家对GW190521的性质仍存在争议。

部分学者认为，该事件可能代表了一种全新的双黑洞类型，而另一部分则认为其可能是已知高质量黑洞的特殊案例。

此外，中等质量黑洞的数量稀少性（全宇宙仅探测到少数案例）及其形成机制（如是否通过多次合并或未知过程产生）仍是未解之谜。

这些争议推动了后续研究，例如通过更大规模的引力波探测网络（如LISA）进一步验证结果。

对超大质量黑洞形成之谜的启示中等质量黑洞的发现为解锁超大质量黑洞的形成提供了关键线索。

目前主流理论认为，超大质量黑洞可能由中等质量黑洞通过持续吸积物质或多次合并逐步增长形成。

GW190521的案例支持了这一假设，即中等质量黑洞可作为超大质量黑洞的“种子”，在宇宙早期环境中通过复杂过程演化而来。

引力波天文学的黎明时代科学家普遍认为，当前引力波天文学仍处于初级阶段，但GW190521的发现标志着该领域的重大突破。

正如西北大学天文学家蔡斯·金博所言：“我们正处在引力波天文学的黎明时代，这一发现不仅回答了现有问题，更提出了大量新问题。

”未来，随着探测技术的升级（如第三代引力波探测器）和国际合作（如LIGO-Virgo-KAGRA网络），人类对黑洞的认知将进一步深化。

总结：中等质量黑洞的发现已通过引力波探测得到直接证实，其存在为黑洞质量分布、形成机制及超大质量黑洞演化等核心问题提供了关键证据。

尽管部分细节仍存争议，但这一发现无疑推动了天文学前沿研究，标志着人类对宇宙奥秘的探索迈出了重要一步。

超级黑洞诸多未解之谜

几乎每个星系中央都存在超级黑洞，科学家已确认宇宙中存在大量黑洞，在宇宙诞生大约12亿年左右的时间内，就出现了超大质量黑洞。

例如哈勃的史密松天体物理中心的科学家，发现存在质量较为庞大的活动星系，最为遥远的星系核能够追溯到宇宙诞生后大约12亿年。

不同星系中超级黑洞质量差异较大。

如M60 - UCD1星系内部存在一个质量达到2100万太阳质量的超大质量黑洞，而银河系中央黑洞的质量仅为400万个太阳质量，M60 - UCD1星系比银河系小大约500倍，但黑洞质量占到了星系质量的15%，说明小星系中也可能隐藏大质量黑洞。

形成原因恒星吞噬说：超级黑洞以吞噬宇宙中的恒星而形成，它可以吞噬宇宙中所有的恒星，甚至是整个太阳系、银河系。

气云萎缩说：气云萎缩成数十万太阳质量以上的相对论星体，该星体会因其核心产生正负电子对所造成的镜像扰动而开始出现不稳定状态，并会直接在没有形成超新星的情况下萎缩成黑洞。

高密度星团说：涉及高密度星团，其副热容会促使核心的分散速度成为相对论速度，进而形成黑洞。

大爆炸瞬间说：在大爆炸的瞬间从外压制造出黑洞。

恒星爆炸连锁反应说：研究小组通过X射线观测发现，在距地球1200万光年的M82星系中，有两个中等大小的黑洞存在，它们的位置接近该星系的中心。

这两个超级黑洞很有可能是一连串的恒星爆炸所产生的连锁反应形成的紧凑、质量巨大的超级黑洞，然后慢慢坍缩成中等质量的黑洞，该星团随后下沉到该星系中心，逐渐演变成为超级黑洞。

特性密度特性：超大质量黑洞平均密度可以很低，甚至比空气密度还要低。

这是因为其半径与其质量成正比，而密度则与体积成反比，由于球体体积与半径立方成正比，质量差不多以直线增长，体积增长率更大，所以密度会随黑洞半径增长而减少。

对星系形成的作用：黑洞强大的吸引力间接帮助了星系的形成，恒星不能靠近黑洞，久而久之形成了太阳系、银河系等。

例如美国宇航局的科学家通过费米伽马射线望远镜观测到银河系中央出现了神秘的气泡，可能与银河系中的超级黑洞有关。

相关未解之谜费米气泡之谜：美国宇航局通过费米伽马射线望远镜观测到银河系中央出现对称的伽马射线气泡，跨度达到3万光年，而银河系直径才10万光年左右。

对于费米气泡的形成机制，科学家提出了一些模型，如银河系中央超大质量黑洞形成的巨型喷流，黑洞在其两极附近可形成接近光速的物质喷射；

或者黑洞周围聚集大量气体，形成质量庞大而短命的恒星，这些天体形成超新星爆发形成费米气泡等，但这些模型都不完美，其形成机制仍然不确定。

吞噬能力之谜：超级黑洞靠着吞噬宇宙中的恒星形成巨大体积，但为什么具有如此大的吞噬能力，目前还不得而知。