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黑洞到底是什么(白洞与黑洞)( 二 )


然而 ， 早在20世纪30年代 ， 爱尔兰物理学家约翰·莱顿·辛格(John Leiden Singer)就发现 ， 通过对广义相对论方程的解进行微小的调整 ， 黑洞可以变成白洞 ， 这正是量子力学所允许的 。
那么 ， 白洞在哪里？是不是很远 ， 通过虫洞与黑洞相连？还是在另一个宇宙？不 ， 我们不需要这么奇怪的假设 。其实是在黑洞所在的同一个地方 ， 只是代表了黑洞的未来:黑洞的第一阶段 ， 洞是黑的 ， 物质掉进去了；但在第二阶段 ， 黑洞的time 空结构反弹回来 ， 变成了白洞 ， 物质从其中涌出 。
反弹机制:量子隧道效应
但是这一切是怎么发生的呢？好黑洞 ， 剧情怎么反转？在这里 ， 起作用的是奇妙的量子效应 。
量子物理学中有一种奇妙的现象叫做“量子隧道效应” 。比如有一个球 ， 给它能量 ， 让它在前面爬一个坡 。如果它的能量不够大 ， 滚到半坡就上不了一步 。然后 ， 我只好滚了下去 。它永远也不能爬上坡顶 。这是经典物理学为我们描述的 ， 也是我们在现实中看到的 。
但在量子世界里 ， 奇怪的事情发生了:虽然这个球的能量不足以爬过坡顶 ， 但它仍然有一定的概率穿过斜坡 ， 出现在斜坡的另一边 。就像有一个隧道让它投机取巧 。
当然这违背了经典物理学 ， 但这种现象确实存在 。比如我们知道很多原子都有天然的放射性 ， 这种放射性就是量子隧道效应的结果 。根据经典力学 ， 被囚禁在原子核中的粒子是无法逃脱的 ， 因为强大的核力构筑了一个无形的“陷阱” ， 原子核中的粒子被囚禁在“陷阱”中 。但量子理论允许粒子通过“隧道”穿过“陷阱” ， 逃逸到原子核外 。
黑洞变成白洞也是量子隧道效应的结果 。但是 ， 有一点和通常的量子隧穿效应有很大的不同:之前 ， 所有的隧穿效应都是物理粒子 ， 但是在黑洞的故事中 ， 隧穿效应是由黑洞的内部结构——时间空本身引起的 ， 整个时间空变成了一个袋子 。
篮板是一个超级慢的动作 。
但是隧道效应的发生需要时间 。原则上 ， 宏观物体也可以有隧穿效应 ， 但概率非常非常小；换句话说 ， 需要非常非常长的时间 ， 才能通过隧道效应看到一个宏观的球出现在斜坡的另一边 。
虽然黑洞可以通过隧穿变成白洞 ， 但也需要我们很长时间的等待 ， 所以普通黑洞的寿命很长 。根据经典黑洞理论 ， 黑洞的存在将是永恒的 。但斯蒂芬·霍金早就指出 ， 考虑到黑洞视界附近的量子效应 ， 黑洞会慢慢蒸发收缩 。当它们收缩时 ， 通过隧穿变成白洞的可能性会增加 。
然而 ， 看完这些 ， 你可能会感到困惑:我们看到的黑洞已经有几百万年的历史了 ， 所以一个大黑洞穿越“隧道”并反弹回白洞需要很长时间 。没错！但不是说物质落到黑洞中心时 ， 不会被挤压成体积为零的点 ， 而是落到一定程度后会反弹吗？物质落入黑洞 ， 到达中心 ， 然后反弹回来 ， 可能几秒钟就够了 。为什么这两个时间不能匹配？
答案很吸引人 。在广义相对论中 ， 时间是非常灵活的 。引力越强 ， 时间过得越慢 。比如在地球上 ， 时间在海平面上比在山上过得更慢 ， 因为海平面离地心更近 ， 引力更强 。在大质量恒星或黑洞中 ， 时间过得更慢 。这就解决了这个问题:在黑洞里很短的时间 ， 在黑洞外却可以很长 。从黑洞的外部来看 ， 黑洞的物质已经在反弹了 ， 但是反弹是以某种极其夸张的慢动作在进行 。就像一个口袋 。其实已经在发生了 ， 只是从外面看 ， 速度很慢 ， 内衬完全翻出来需要很长时间 。一旦完全翻出 ， 黑洞就变成了白洞 。
这种“黑洞反弹成白洞”的方案不仅让我们避免了无限密度的奇点 ， 还有一个好处就是它解决了著名的黑洞信息悖论 。如果黑洞内部存在奇点 ， 时间在黑洞中终结 ， 一切都在奇点消失 ， 落入黑洞的物质所携带的信息也就丢失了 。但是量子力学告诉我们 ， 任何信息都不会丢失 。这就是所谓的“黑洞信息悖论” 。现在 ， 如果落入黑洞的任何东西最终弹出来 ， 信息自然不会丢失 。


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