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黑洞到底是什么(白洞与黑洞)

永远不要相信教科书 ， 即使是大科学家写的 。诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家史蒂芬·温伯格在他1972年出版的巨著《引力与宇宙学》中称黑洞是“高度推测的” 。他写道“宇宙中任何已知物体的引力场中都不存在黑洞” 。
但是他完全错了 。
几十年来 ， 射电天文学家已经能够在物质落入黑洞之前探测到信号 ， 但他们没有意识到这一点 。今天 ， 我们有很多证据表明天空空充满了黑洞 。
白洞可能在重复同样的故事 。白洞本质上是黑洞的对立面 。在另一本著名的教科书中 ， 世界著名的相对主义理论家、美国物理学家鲍勃·瓦尔德(Bob Wald)写道:“没有理由相信宇宙中存在白洞” ， 这一观点至今仍主导着天文学界 。然而 ， 世界各地的几个研究小组最近开始研究量子力学为白洞的形成开辟道路的可能性 。天空空也可能布满白洞 。
黑洞中心发生了什么？
假设有一个白洞 ， 一个明显的好处就是可以解决一个历史问题:黑洞的中心到底是怎么回事？我们看到很多物质在黑洞周围盘旋 ， 然后掉进去；所有下落的物质都穿过黑洞的“视界”——也就是说 ， 即使是宇宙中最快的光 ， 一旦穿越就无法返回——直直地落到中心 。然后呢？没有人确切知道 ， 然后 。
目前我们对引力最好的描述是爱因斯坦的广义相对论 。广义相对论预言 ， 落入黑洞的物质最终会集中在一个密度无限大的中心点 。这个点叫做奇点 。奇点是现实世界的尽头:因为奇点的体积为零 ， 所以一切在空之间消失；时间本身停止了 。然而 ， 这个预测是不可靠的 ， 因为广义相对论超出了描述黑洞中心的范围 。在这里 ， 引力是如此之强 ， 以至于量子效应不能再被忽略 。为了理解这里发生了什么 ， 我们需要一个引力的量子理论 。
●在圈量子力理论中 ， 时间空本身是最小的单位 。
量子理论在解决这类涉及无穷或无穷小的问题方面经验丰富 。比如20世纪初 ， 经典物理学预言围绕原子核运动的电子是不稳定的 ， 它们的能量会无限小(因为根据经典物理学 ， 运动的电荷会发出电磁波 ， 从而失去能量) ， 最后电子会在一片旋转中落入原子核 。这一预测与实际情况不符 。量子理论解释了为什么没有出现这种现象:因为原子核外的能量轨道和田径跑道一样 ， 不是连续的 ， 而是离散的 ， 电子只能在这些离散的轨道上运动 ， 而在同一离散轨道上运动的电子不发射电磁波；只有当它从一个离散的轨道跳到另一个轨道时(这被称为“量子跃迁”) ， 它才发射(或吸收)光子 ， 并失去(或获得)能量；而且在这些轨道中 ， 有一个能量最低 ， 电子不可能落到比它更低的位置 ， 从而落入原子核 。
量子效应也可以阻止黑洞内部无限密度奇点的形成 。在这种情况下 ， 正如loop量子引力理论(一种发展中的量子引力理论)所预言的 ， 起作用的是时间空本身的量子化 。在圈量子引力理论中 ， 时间空本身是量子化的 ， 在空和时间之间有最小的单位——虽然非常小 ， 但毕竟不是零 。所以黑洞的中心不可能无限小 ， 密度也不会变得无限大 。落到中心的物质被挤压成超致密状态 ， 叫做普朗克星 ， 但不可能比这个更致密 。然后呢 ， 物质会做通常在下落后发生的事情:反弹 。
黑洞反弹 ， 变成白洞 。
反弹 ， 不仅是材料在反弹 ， 整个时间空结构也在反弹 。你可以把黑洞想象成一个袋子 。首先 ， 物质落入袋中 。反弹就是把整个袋子翻过来 ， 把原来掉进去的东西都重新倒出来 。
向上弹起的球会沿着一个轨迹运动 ， 这看起来就像一部电影 ， 球向后落下 。白洞也像黑洞 。电影是倒着放的 。从外面看 ， 它和黑洞没什么区别:它的质量和黑洞一样 ， 所以周围的一切都被它吸引 ， 围绕着它旋转 。但在黑洞的视界里 ， 物质只能进不能出；在白洞的视界上 ， 物质只能出去不能进去 。
其实理论上白洞的存在也是广义相对论预言的 。它是广义相对论方程的精确解 。但长期以来 ， 人们一直将其视为一个数学游戏 ， 并不代表任何真实的存在 ， 就像人们过去对待黑洞一样 ， 因为人们很难想象这些奇怪的东西在现实中是如何形成的 。


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