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著名科幻作家刘慈欣在小说《诗云》中曾描写过"微型白洞",让很多人浮想联翩。想象一下,宇宙中有这样的天体,像一座永不枯竭的"喷泉",不断向外喷射光和物质,任何物体一旦接近它,就会被猛烈"推开"。
这就是理论中的白洞。
要认识白洞,还得从它的"孪生兄弟"黑洞讲起。
20世纪初,物理学家卡尔·史瓦西解出了爱因斯坦广义相对论的一个精确解,这个数学结果预言:如果一个天体的质量被压缩到某个临界半径(后来称为"史瓦西半径")内,它周围的时空将变得极度弯曲,形成一个连光也无法逃逸的区域。这个区域就是黑洞。
然而,黑洞的存在曾一度饱受质疑,就连爱因斯坦也认为它只是数学上的假想产物,并非真实存在。
直到1971年,天文观测显示,天鹅座X—1双星系统中伴随蓝超巨星的不可见天体极有可能是一个黑洞。之后越来越多的观测证据显示,黑洞广泛存在于星系中心和大质量恒星残骸中。2019年,M87星系中心超大质量黑洞的照片发布,我们得以"看见"黑洞。最近,这个黑洞又有了新照片。
如果把黑洞比作宇宙中的"无底洞",任何靠近它的物质都会被吞没,连光也无法逃脱,那么白洞恰恰相反:它不允许任何东西进入,只负责向外"吐"出物质和能量。
有趣的是,白洞和黑洞在数学上是同一个"解"——它们的质量、角动量、电荷都相同,唯一的区别是时间反了过来。
黑洞不断吞噬物质,是有进无出的"宇宙深渊";而如果把时间倒放,它就变成了不断喷发物质的白洞。更令人惊奇的是,有些理论认为,黑洞和白洞之间可能由一种叫"虫洞"的时空隧道相连。假如一个粒子从黑洞掉进去,穿过虫洞,就有可能从白洞喷出来——实现真正意义上的"星际穿越"。
理论成立,但现实中白洞真的存在吗?
迄今为止,还没有任何观测证据表明白洞真实存在。部分科学家认为,白洞缺乏合理的形成机制——黑洞由大质量恒星坍缩形成,即使时间倒流,也只会回到坍缩前的恒星,而非形成白洞。
但部分科学家认为,白洞理论可以用来解释宇宙中某些现象。比如类星体惊人的能量输出,甚至我们宇宙的诞生本身,也可能源于一个原始白洞的喷发。但是,这些猜想都缺乏天文观测的支持。
尽管白洞尚未被证实存在,但一些科学家提出了新的猜测。
广义相对论预言黑洞中心有一个密度无限大的"奇点",这与量子力学矛盾,意味着广义相对论在奇点附近不再适用。意大利物理学家卡洛·罗威利在研究圈量子引力时提出:当物质被黑洞压缩到极限时,可能会产生剧烈的量子反弹,把物质重新喷发出来——这时,黑洞就转变成了白洞。如果这个理论成立,那么我们宇宙中的每一个黑洞,未来都可能变成一个白洞。
也许在不远的某一天,我们真能发现白洞,并通过白洞,打开一扇通往宇宙深处的星际之门。
(作者为西南大学物理科学与技术学院副教授,本报记者王欣悦采访整理)
《 人民日报 》( 2025年10月11日 06 版)
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