白洞
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拼音
baidong
whitehole
白洞(又稱白道）[1]是廣義相對論預言的一種與黑洞(）相反的特殊天體，是大引力球對稱天體的史瓦西解的一部分。白洞僅僅是理論預言的天體，到現在還沒有任何證據表明白洞的存在。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）可以經過邊界發射到外面去，而邊界外的物質卻不能落到白洞裡面來。因此，白洞像一個噴泉，不斷向外噴射物質（能量）。白洞學說在天文學上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。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。只要有足夠多的物質，引力坍縮就會發生，導致形成黑洞。另外，按照目前的理論，大質量恆星演化到晚期可能經坍縮而形成黑洞；但並不知道有什麼過程會導致形成白洞。如果白洞存在，則可能是宇宙大爆炸時殘留下來的。有底稱為洞，無底的成為道。
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白洞概述
從定義上來說，白洞與黑洞是物理學家們根據黑洞在愛因斯坦的廣義相對論上所提出的物體。物理學界和天文學界將白洞定義為一種緻密物體，其性質與黑洞完全相反。白洞並不是吸收外部物質，而是不斷地向外圍噴射各種星際物質與宇宙能量，是一種宇宙中的噴射源。簡單來說,白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞，進入黑洞的物質，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。它有一個封閉的邊界。聚集在白洞內部的物質，只可以向外運動，而不能向內部運動。因此，白洞可以向外部區域提供物質和能量，但不能吸收外部區域的任何物質和輻射。白洞是一個強引力源，其外部引力性質與黑洞相同。白洞可以把它周圍的物質吸積到邊界上形成物質層。白洞學說主要用來解釋一些高能天體現象。目前天文學家還沒有實際找到白洞,還只是個理論上的名詞。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。
和黑洞完全不一樣，白洞不會吸收任何物體，相反的，白洞會不斷釋放出物質，包括基本粒子和場。
白洞和黑洞一樣，有一個「視界」。不過和黑洞不一樣，時空曲率在這裡是負無窮大，也就是說，在這裡，白洞對外界的斥力達到無窮大，即使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，不可能進入白洞一步。
理論上，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，白洞的無窮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。而旋轉，也被認為是不可能的。不過白洞看來只可能是一種想象中的產物。因為如果白洞不吸收任何物體而僅僅是噴射物質，那麼無論這個白洞的質量有多大，它的物質也會很快地被噴射光。
當然，物理學家們也為白洞提供了幾個存在的想法，其中有的人認為白洞和黑洞通過蟲洞連接。關於這種機制，可以參考關於「時間蟲洞」的概述。
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提出過程
黑洞作為一個發展終極,必然引致另一個終極,就是白洞.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,這個問題其實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,但他們的活動機制卻恰恰相反.高能量超密物質的發現,顯示黑洞存在的可能,自然也顯示白洞存在的可能.如果宇宙物質按不同的路徑和時間走到終極,那麼也可能按不同的時間和路徑從原始出發,亦即在大爆發之初的大白洞發生后,仍可能出現小爆發小白洞.而且,流入黑洞的物質命運究竟如何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,由於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許多高能天體物理現象，例如宇宙X射線爆發、宇宙γ射線爆發、超新星爆發、星系核的活動和爆發以及類星體、脈衝星，等等。
這些高能天體物理現象用人們已知的物理學規律已經無法解釋。就拿類星體來說吧，類星體的體積與一般恆星相當，而它的亮度卻比普通星系還亮。類星體這種個頭小、亮度大的獨特性質，是人們從未見到過的，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。
如何解釋類星體現象呢？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，引起了大家的注意。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。60年代的蘇聯科學家開始提出白洞的概念，科學家做了很多工作，但這概念不像黑洞這麼通行，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，從恆星、星系演化為黑洞有數理可循，但白洞靠什麼來觸發，目前卻依然茫然無緒。無論如何宇宙至少觸發過一次，所以白洞的研究顯然與宇宙起源的研究更有密切的關係，因而白洞學說通常與宇宙學及結合起來。人們努力的方向不在於黑白洞相對的哲學辯論，而在於它的物理機制問題。從現有狀態去推求終末，總容易些，相反的從現有狀態去探索原始，難免茫無頭緒。
有人認為，類星體的核心就可能是一個白洞。當白洞內中心點附近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。因此，有些X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。白洞目前還只是一種理論模型，尚未被觀測所證實。
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起源以及爭論
白洞學說出現已有一段時間，1970年捷爾明便提出它們存於類星體，劇烈活動的星系中的可能性。相對論和宇宙論學者早已明白此學說的可能性，只是這與一般正統的宇宙觀不同，較不易獲得承認。某些理論認為，由於宇宙物體的激烈運動，或者星系一部噴出的高能小物體，它們遵守著克卜勒軌道運動。這是一種高度理想化的推測，亦即一個地方有幾個白洞，在星系核心互相旋轉，偶然噴出滿天星斗。噴出的白洞演化成新星系。而從星系團的照片中可觀察到一系列的星系由物質連接起來。這顯示它們是由一連串劇烈噴射所形成的.照此來說,白洞可能會像阿米巴原蟲一樣分裂生殖,由分裂而形成星系。然而這又和目前的理論相違背。
從此看來，就是星系生成也有不同見解。有的天文學家便提出並接受宇宙之初便有不均勻物質的結塊，而其中便包含了白洞。宇宙向最初奇點收縮，星系、星系群都同一動作,這當然和黑洞的奇點相似。宇宙的不同區域，其密度皆不同，收縮時首先在高密度的地方，達到了黑洞的臨界密度，從此消失在事界之後，宇宙不斷收縮，使不斷出現高密奇點。宇宙成為大量黑洞及周圍物質的集合體。然而事實上，宇宙是膨脹而非收縮的,因此它是白洞而不是黑洞。在宇宙整體性源始的大奇點中存在著密度高的小質點，它們隨著膨脹向四面八方擴散，大白洞大量爆發生出小白洞。星系等不均勻物體，正是由它生成的。不均勻物體之所以易和黑洞拉上關係，皆是因為它和膨脹現狀相對稱的宇宙中局部收縮的過程。目前宇宙中黑洞和白洞的存在是并行不悖的，是過程的兩個端點而已。黑洞奇點是物質末期塌縮的終點，白洞物質的奇點是星系的始端。只不過各過程不是同時，而是先後交錯的。
科學家們普遍認為，自從大爆炸以來，我們的宇宙在不斷膨脹，密度在不斷減少。因此，現在正在膨脹著的天體和氣體乃至整個宇宙，在200多億年以前，是被禁錮在一個「點」（流出奇點）上，原始大爆炸后，開始向外膨脹，當它們衝出「視界」的外面，就成為我們看得見的白洞。
與上述相反的一種觀點認為，由於原始大爆炸的不均勻性，一些尚未來得及爆炸的緻密核心可能遺留下來，它們被拋出以後仍具有爆炸的趨勢，不過爆炸的時間推遲了，這些推遲爆發的核心——「延遲核」就是白洞。
也有人認為，白洞可能是黑洞「轉化」而來。就是說，當黑洞的坍縮到了「極限」，就會經過內部某種矛盾運動質變為膨脹狀態——反坍縮爆炸，這時它便由向內積吸能量，轉變為從中心向外輻射能量了。
最富吸引力的一種觀點認為，像宇宙中有正負粒子一樣，宇宙中也一定存在著與黑洞（負洞）相同，而性質相反的白洞（正洞）。它們對應地共生在某個宇宙膨脹泡的泡壁上，分屬兩個不同的宇宙。
由於我們的宇宙中存在著10萬多個黑洞，同樣也可能存在著數目相等的白洞。於是，在宇宙繼續膨脹過程中，白洞周圍一些質量稍許密集區域就變得更加密集；黑洞周圍的一些質量稍微稀薄的區域就變得更加空虛。這些大片空虛的區域就是空洞．
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白洞的噴發
輻射若是由白洞產生,這現象就很自然了。輻射能愈高,藍移也愈大,所以最初可見光也都移到紫外區了.他還計算了銀河系中偶然的小規模爆發現象,說明了銀河內小白洞隨時爆發的可能性.例如短期間活動的銀河內X－ray,劇烈的最高能量最先到達,其後能量下降,整體按幕函數遞減在光譜中顯示出來.這和白洞理論計算是一致的.各X－ray之間,光譜不盡相同,不過這差異可從白洞對自己產生的電磁輻射產生畸變說明.因為白洞內產生的輻射可能有黑體輻射(微波以下噪音),自由—自由輻射(帶電粒子間相互作用產生),同步輻射(帶電粒子在強磁中通過而產生)等不同形態.人造衛星偶然觀測到的突發r射線,可以白洞影響說明;宇宙射線背景高能粒子的生成,也可以認定是白洞噴發的物體。但是一個天體的引力會大過天體的斥力,那白洞噴發的一切東西又會被吸回白洞里才對。
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宇宙中真的有白洞存在嗎
到目前為止，「白洞」還只是個理論名詞,科學家並未實際發現。在技術上，要發現黑洞，甚至超巨質量黑洞，都比發現白洞要容易的多。也許每一個黑洞都有一個對應的白洞！但我們並不確定是否所有的超巨質量的「洞」都是「黑」洞，也不確定白洞與黑洞是否應成對出現。但就重力的觀點來看，在遠距離觀察時兩者的特性則是相同的。
當人們有了很複雜的數學工具來分析這些相關方程式，他們發現了更多。在這個簡單的情形下時空結構必須具備時間反演對稱性，這意味著如果你讓時間倒流，所有一切都應該沒什麼兩樣。因此如果在未來某個時刻光只能進不能出，那過去一定有個時刻光只能出不能進。這看上去就像是黑洞的反轉，因此人們稱之為白洞，雖然它只是黑洞在過去的一個延伸。(更奇怪的是：在世界裡面似乎應該還有一個宇宙，雖然這裡用「裡面」可能不太確切。)時間在白洞裡面是存在的，但既然你不能進去，那你只有出生在裡面才能知道了。
但在現實中，白洞可能並不存在，因為真實的黑洞要比這個廣義相對論的簡單解所描述的要複雜得多。他們並不是在過去就一直存在，而是在某個時間恆星坍塌后所形成的。這就破壞了時間反演對稱性，因此如果你順著倒流的時光往前看，你將看不到這個解中所描述的白洞，而是看到黑洞變回坍塌中的恆星。
我們知道，由於黑洞擁有極強的引力，能將附近的任何物體一吸而盡，而且只進不出。如果，我們將黑洞當成一個「入口」，那麼，應該就有一個只出不進的「出口」，就是所謂的「白洞」。黑洞和白洞間的通路，也有個專有名詞，叫做「灰道」(即「蟲洞」)。雖然白洞尚未發現，但在科學探索上，最美的事物之一就是許多理論上存在的事物後來真的被人們發現或證實。因此，也許將來有一天，天文學家會真的發現白洞的存在。
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與黑洞的關係
白洞與黑洞是相輔相成的，是對立統一的。沈葹在《黑洞、白洞交相襯映》一文中對黑洞與白洞的相互關係作了如下論述：「霍金著眼於黑洞，但他的假說或可給予黑洞、白洞相互轉化之設想以便宜。當然此設想主要還是出於黑洞、白洞之對稱性的思考；因為物質坍縮成一個中心奇點、與物質從一個中心奇點裡爆發出來，本是相反相成的兩個過程，所以從黑洞瞬即轉化成白洞，似乎還是可能實現的。對於宇宙演化，我們且作如下嘗試性解釋。從廣義相對論演繹得出的一種演化模式，把宇宙假設為從原始火球的大爆炸中誕生，接著便膨脹，脹到最大，再轉變成坍縮，縮到最小；爾後又發生第二次爆炸及其脹、縮過程；如此循環反覆。對此模式，可否把每次爆炸的原始火球看作為一個原始白洞，而它是上一次坍縮過程的終止黑洞瞬即轉化來的。起始點和終止點就是這白洞和黑洞的中心奇點。」這段論述包含了深刻的辯證邏輯思想。
根據上述情況，可以得出以下結論：
第一，黑洞是宇宙間吸引的一種極端現象和形式，它的直接結果是「大坍縮」，與之相反，白洞則是宇宙間排斥的一種極端現象和形式，它的直接結果是「大爆炸」或「大膨脹」。兩者缺一不可，緊密相聯，相輔相成，相互轉化，對立統一。
第二，黑洞與白洞是通過某種「極變機制」（蟲眼機制等）相互轉化的，由於這種相互轉化的存在，使得量子階梯中的所有物質現象得以產生、發展和消亡。在這個過程中，既沒有一成不變的永恆事物，也沒有隻出現一次就永遠絕滅的東西。產生了的東西會消亡，消亡了的東西又會產生，如此循環不止。
第三，黑洞與白洞的相互轉化是宇宙演化最根本、最重要的動力根源。它們兩者的存在和轉化，是「吸引和排斥這一個古老的兩極對立」的生動體現，是萬物變化最深層次的總根源。
黑洞就象宇宙中的一個無底深淵，物質一旦掉進去，就再也逃不出來。根據我們熟悉的「矛盾」的觀點，科學家們大膽地猜想到：宇宙中會不會也同時存在一種物質只出不進的「泉」呢？並給它取了個同黑洞相反的名字，叫「白洞」。
科學家們猜想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內部的物質和各種輻射只能經邊界向邊界外部運動，而白洞外部的物質和輻射卻不能進入其內部。形象地說，白洞好像一個不斷向外噴射物質和能量的源泉，它向外界提供物質和能量，卻不吸收外部的物質和能量。
白洞到目前為止，還僅僅是科學家的猜想，還沒有觀察到任何能表明白洞可能存在的證據。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人興奮的結論，即：「白洞」很可能就是「黑洞」本身！也就是說黑洞在這一端吸收物質，而在另一端則噴射物質，就像一個巨大的時空隧道。
科學家們最近證明了黑洞其實有可能向外發射能量。而根據現代物理理論，能量和質量是可以互相轉化的。這就從理論上預言了「黑洞、白洞一體化」的可能。
要徹底弄清楚黑洞和白洞的奧秘，現在還為時過早。但是，科學家們每前進一點，所取得的成績都讓人激動不已。我們相信，打開宇宙之謎大門的鑰匙就藏在黑洞和白洞神秘的身後。
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與黑洞相遇會如何
有科學家猜測白洞與黑洞相撞會形成蟲洞。蟲洞連接黑洞和白洞，在黑洞與白洞之間傳送物質。在這裡，蟲洞成為一個阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋，物質在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子，然後通過這個蟲洞（即阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋）被傳送到白洞並且被輻射出去。
蟲洞的概念最初產生於對史瓦西解的研究中。物理學家在分析白洞解的時候，通過一個阿爾伯特·愛因斯坦的思想實驗，發現宇宙時空自身可以不是平坦的。如果恆星形成了黑洞，那麼時空在史瓦西半徑，也就是視界的地方與原來的時空垂直。在不平坦的宇宙時空中，這種結構就意味著黑洞視界內的部分會與宇宙的另一個部分相結合，然後在那裡產生一個洞。這個洞可以是黑洞，也可以是白洞。而這個彎曲的視界，就叫做史瓦西喉,它就是一種特定的蟲洞。
那麼，「蟲洞」是什麼呢？簡單地說，「蟲洞」是連接宇宙遙遠區域間的時空細管。它可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連接起來，並提供時間旅行的可能性。隨著科學技術的發展，新的研究發現，「蟲洞」的超強力場可以通過「負質量」來中和，達到穩定「蟲洞」能量場的作用。科學家認為，相對於產生能量的「正物質」，「反物質」也擁有「負質量」，可以吸去周圍所有能量。像「蟲洞」一樣，「負質量」也曾被認為只存在於理論之中。不過，目前世界上的許多實驗室已經成功地證明了「負質量」能存在於現實世界，並且通過航天器在太空中捕捉到了微量的「負質量」。
宇航學家認為，「蟲洞」的研究雖然剛剛起步，但是它潛在的回報，不容忽視。科學家認為，如果研究成功，人類可能需要重新估計自己在宇宙中的角色和位置。現在，人類被「困」在地球上，要航行到最近的一個星系，動輒需要數百年時間，是目前人類不可能辦到的。但是，未來的太空航行如使用「蟲洞」，那麼一瞬間就能到達宇宙中遙遠的地方。
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白洞形成之謎
關於白洞是怎樣形成的，目前科學家們持有兩種不同的見解。
一種得到多數天文學家贊同的觀點認為，當宇宙誕生的那一時刻，即當宇宙由原初極高密度、極高溫度狀態開始大爆炸時，由於爆炸的不完全和不均勻，可能會遺留下一些超高密度的物質暫時尚未爆炸，而是要再等待一定的時間以後才開始膨脹和爆炸，這些遺留下來的緻密物質即成為新的局部膨脹的核心，也就是白洞。
有些緻密物質核心的爆炸時間已經延遲了大約100億年或200億年（這要看宇宙的年齡是100億年還是200億年，而宇宙年齡目前也是一個未解之謎）。它們的爆炸，就導致了我們今天所觀測到的宇宙中各種高能天體物理現象。為此，白洞又有「延遲核」之稱。按照延遲核理論，100億或200億年之前，我們的宇宙就是一個巨大的白洞。
除了延遲核理論之外，另一種觀點認為，白洞可直接由黑洞轉變過來，白洞中的超高密度物質是由引力坍縮形成黑洞時獲得的。
傳統的黑洞理論認為，黑洞只有絕對的吸引而不向外界發射任何物質和輻射。70年代，有一位卓越的英國天體物理學家霍金，根據廣義相對論和量子力學理論，對黑洞作了進一步的研究，並對傳統的黑洞理論作了重大的修正。霍金對黑洞的見解轟動了科學界，他因此獲得了1978年的愛因斯坦獎金。
霍金認為，黑洞具有一定的溫度，會以類似於熱輻射的方式穩定地向外發射各種粒子，這就是所謂的「自發蒸發」。黑洞的蒸發速度與黑洞的質量有關，質量越大的黑洞，溫度越低，蒸發得越慢；反之，質量越小的黑洞，溫度越高，蒸發得越快。譬如，質量與太陽相當的一個黑洞，約需10^66年才能夠完全蒸發完，而一些原生小黑洞，卻能在10^（－23）秒之內蒸發得一乾二淨。
黑洞的蒸發使黑洞的質量減小，從而使黑洞的溫度升高，這樣又促使自發蒸發進一步加劇。這種過程繼續下去，黑洞的蒸發便會越演越烈，最後以一種「反坍縮」式的猛烈爆發而告終。這個過程正好就是不斷向外噴射物質的白洞了。
目前，這種白洞是由黑洞直接轉變過來的觀點，也越來越引起各國科學家們的關注。
由於白洞概念提出之後，用它可以解釋一些高能天體物理現象，所以引起了不少天文學家對白洞的興趣，繼而他們也對白洞問題作了一些探討和研究。
儘管如此，科學家們對白洞的興趣還遠遠比不上像對黑洞的興趣那樣濃，對白洞的研究工作也遠遠比不上像對黑洞的研究那樣廣泛和深入，並且在觀測證認工作方面，也不像黑洞那樣取得了很大的進展。
總而言之，白洞學說目前還只是一種科學假說，宇宙中是否真的存在白洞這種天體？白洞是怎樣形成的？我們的宇宙在它誕生之前是否就是一個白洞？等等，有關白洞的這一系列問題，還都是等待人們去揭開的宇宙之謎。
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白洞與高能天體
既然白洞概念是在解釋高能天體物理現象時提出來的，那麼白洞與高能天體究竟存在什麼聯繫呢？
白洞是一個物質只出不進的天體，但是，對於外部區域來說，白洞也是一個強引力源。它能把周圍的塵埃、氣體和各種輻射不斷地吸引到它的邊界上來，只不過這些物質並不能進入白洞的內部，只能在邊界外形成一個包圍白洞的物質層。
白洞內部，中心奇點附近所聚集的物質是一種超高密態的物質，其中包含各種基本粒子，甚至引力子，並且還聚集著極其巨大的能量。起初，這些物質是處於某種平衡狀態，但它們具有向外膨脹的趨勢。當由於某種原因引起膨脹時，物質密度就會在膨脹過程中不斷降低。降低到某一程度，就會引起粒子的衰變過程，從而將各種高能粒子、光子、中微子等發射出來。
從白洞內部發射出來的物質都具有很高的速度，而被白洞吸引到其邊界上的物質也具有很高的速度。不難想象，這進進出出，又都是高速度，它們在白洞邊界上的碰撞該有多麼猛烈。隨著猛烈的碰撞，必然就會有異常巨大的能量釋放出來。
假若類星體或活動星系核的中心有大質量白洞存在的話，那麼，它們所釋放的巨大能量就可以看成是白洞向外噴射物與其邊界上吸積物相互作用的結果。這也就是白洞對高能天體物理現象能源之謎的解釋．廣義相對論所預言的一種與黑洞相反的特殊天體。和黑洞類似，它也有一個封閉的邊界。聚集在白洞內部的物質，只可以向外運動，而不能向內部運動。因此，白洞可以向外部區域提供物質和能量，但不能吸收外部區域的任何物質和輻射。白洞是一個強引力源，其外部引力性質與黑洞相同。白洞可以把它周圍的物質吸積到邊界上形成物質層。"白洞"學說主要用來解釋一些高能天體現象。叫白洞現象。
有人認為，類星體的核心就可能是一個白洞。當白洞內中心點附近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。因此，有些X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。白洞目前還只是一種理論模型，尚未被觀測所證實。