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黑洞、虫洞和白洞,这三种天体哪个最神奇?

在天文学上,有三种“洞”特别神奇,那就是黑洞、虫洞和白洞。本质上说,这三个定义都是源自于爱因斯坦的理论,但它们又各有不同。黑洞的概念,源自于爱因斯坦的广义相对论。1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,第二年,德国天文学家卡尔·史瓦西就计算出了一个真空

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在天文学上,有三种“洞”特别神奇,那就是黑洞、虫洞和白洞。本质上说,这三个定义都是源自于爱因斯坦的理论,但它们又各有不同。

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黑洞的概念,源自于爱因斯坦的广义相对论。1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,第二年,德国天文学家卡尔·史瓦西就计算出了一个真空解,其结果就是黑洞。计算结果表明,宇宙中可能存在这样一种天体:它拥有着极大的引力,在一定范围内连光都可以吞噬。美国物理学家惠勒对此非常感兴趣,并提出用黑洞来形容这种天体,于是就有了黑洞的概念。

到了今天,黑洞已经不再仅仅存在于理论上的天体了,科学家们已经找到了大量的黑洞,并且将其分为三类:恒星级黑洞中等质量黑洞以及超大质量黑洞。后来,著名物理学家霍金又提出了原初黑洞的概念,向我们介绍了量子级别黑洞的可能。


  • 恒星级黑洞:质量在太阳的3-100倍之间,来自于大质量恒星死亡时的内核坍缩,当其内核超过奥本海默极限时就会形成黑洞;

  • 中等质量黑洞:质量在太阳的100-100万倍之间,来自于黑洞之间的碰撞,不过目前几乎没有发现,这也是关于黑洞的一个巨大谜题;

  • 超大质量黑洞:质量在太阳的100万倍以上,形成于宇宙早期,其形成模式目前还是个谜;

  • 原初黑洞:形成于宇宙大爆炸后极短的时间,最小的甚至只有质子那么大。


由于黑洞可以吞噬一切物质,所以我们无法直接观测到它的本体,只能观测到它吞噬物质时所形成的吸积盘以及释放出的强大辐射。正因如此,世界上也仍然有少数科学家对黑洞的概念提出了质疑,并提出玻色子星等概念来代替所谓没有体积却有着巨大质量的奇点。

另外,对于黑洞,科学家们也有不同的观点。比如霍金就曾经指出:黑洞并非真的只是吞噬物质,它也会向外释放能量,所以它不是绝对的“黑”。为此,他还提出了一个形象的概念:灰洞。


同时,也有人提出了另一种观点来解释奇点无与伦比的吞噬能力却没有体积的矛盾,这就是白洞。他们认为,宇宙中可能有一种天体恰好与黑洞相反,黑洞像个貔貅一样不断地吞噬物质,而这种天体则将黑洞吞噬的物质全部吐出去,而又从不吸收任何物质。由于概念和属性相反,因此他们为它起的名字也和黑洞成为了反义词,也就是白洞。

直到今天,也没有人真的发现白洞的任何蛛丝马迹。因此,白洞目前也仅仅是停留在理论上的天体。也有人认为,白洞和黑洞组成了一个通往平行宇宙的通道,但这也有一个问题,那就是为何没有其他通道的出口位于我们的宇宙呢?另外,白洞概念的提出更大程度上是为了解释黑洞吞噬的物质,而不是完全从理论计算角度出发的结果。因此,白洞存在的可能性其实 并不高,这也导致研究白洞的科学家数量也相对不多。


相比之下,虫洞的概念就最具科幻色彩了,因为它满足了两个最重要的因素:符合理论,但没有任何发现。

和黑洞、白洞概念都是其他人由广义相对论推导出的理论不同,虫洞的概念则确确实实来自于爱因斯坦本人。他和他的助手纳森·罗森在研究引力场方程时提出过一个假设,认为人类可以利用时空扭曲的bug实现瞬时的空间转移,这个概念被称为爱因斯坦-罗森桥,后来被命名为虫洞。


到了今天,虫洞的概念几乎深入人心,包括《复仇者联盟》《星际穿越》等在内的一系列脍炙人口的科幻作品中,虽然有一部分没有明确表示,但其中穿梭宇宙的原理利用的都是虫洞。而且在现实生活中,科学家们在考虑星际旅行的时候,也更多地会把精力放在对虫洞的研究上。

说起来,广义相对论告诉我们一个道理,那就是时空是可以扭曲的。而虫洞也是利用了这个概念,将两个原本非常遥远的空间点,通过对时空的扭曲将其连接在一起,就能够实现瞬时的穿越

不过,不管虫洞的概念多么深入人心,有两点令人悲观的现实是不得不承认的,那就是理论上虫洞是无法稳定存在的,同时人类也确实从来没有发现过虫洞(当然本质上说这两个可能是同一个原因)。

实际上,连爱因斯坦本人都对虫洞的概念表示悲观,认为这种天体违背了广义相对论,不太可能会真实存在。但是,科学家们总是会为了看起来不可能的事去做努力,而且也曾经真的完成过所谓的“不可能”。现在科学家们认为,如果我们能够利用所谓的“负能量”,那么就可以让虫洞稳定存在,保证我们能够利用它进行星际旅行。

甚至还有人认为,黑洞就有可能是虫洞的入口,而白洞则是虫洞的出口。这个猜想就比较大胆了,但就像白洞本身的定义一样,可能性未必会很高。

总之,不论是黑洞、白洞还是虫洞,都是建立在极端理论上的极端天体,都需要科学家们的深入研究以及更加完善的物理理论。即使其中的一个或两个可能根本就不存在,但它们都值得我们去研究。毕竟即使是在证伪的过程中,我们也会发展出新的物理理论来,不是吗?



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