黑洞与白洞 宇宙三怪:黑洞 白洞 空洞

2018-10-20 - 白洞

最初指出黑洞存在,并假设为一个质量很大的神秘天体,是在1798年,当时法国的拉普拉斯利利用牛顿万有引力和光的微粒学说提出了这一见解。1915年,德国的科学家史瓦西根据爱因斯坦广义相对论原理,“证实”了黑洞的存在。

黑洞与白洞

其后,又经过美国的原子弹之父奥本海默等人的创造性研究,终于在1939年首次提出比较明确的黑洞理论。到了上世纪70年代,世界著名的物理学家霍金,把量子力学与广义相对论结合起来,进行黑洞表面量子效应的研究,使黑洞理论研究向前推进了一步。

黑洞与白洞

什么是黑洞呢?简单地说,它是一种特殊的天体,具有极其强大的引力场,以致任何东西,甚至连光都不能从中逃逸,成为宇宙中一个吞食物质和能量的“陷阱”。黑洞的成因假说,目前较有影响的主要有以下三种:

黑洞与白洞

坍缩说 一个内部核燃料全部耗尽的晚年的恒星,当它向外的光热辐射再也抵挡不住自身的引力时,星体便开始向内坍缩。当星体坍缩时的质量小于太阳的1.3倍,它就演化成为白矮星;当其质量大于1.3倍而小于3倍太阳质量时,它就成为中子星;只有当其质量大于太阳的3—50倍时,它即坍缩为一个“常规黑洞”。

黑洞与白洞

碰撞说 在宇宙空间,星系或球状星团的中心部分恒星密集,容易发生星体之间大规模碰撞。一些大质量的恒星无情地“吞食”一些小恒星,由此产生的“超巨质量”恒星反而加速“老化”它坍缩后就成为质量超过太阳1亿倍的“巨型黑洞”。

原生说 在大爆炸后的“早期宇宙”中,猛烈的爆炸力把一些物质压聚成许多质量微小但密集度很高的“量子黑洞”。它们通过吸积、吞食周围物质和能量长大,有的可以长成质量大于几十亿吨的“原生黑洞”这些原生黑洞有的迅速爆炸消亡了,有的却至今仍“流浪”在宇宙之中。有人甚至认为,上世纪1908年的西北利亚“通古斯大爆炸”就是其中一个“流浪者”与地球“擦肩而过”所造成的“麻烦”。

宇宙中到底有多少个黑洞呢?一些天文学家通过各种假定,计算了银河系辐射的(伽玛)射线能量的最额,得出一个近似数值:如果黑洞的质量是太阳质量的10倍,那么,在银河系中黑洞不超出10万个。现在,通过发射人造天体和地面观测,已陆续发现一些可能是黑洞的可疑天体。如天鹅座X—1天体、鹿豹座双星系之暗星、猎户座的NDC4151和本文开头提到的NGC7457等等,就都属于黑洞。

一般来说,黑洞的寿命也是有限的。黑洞越小,寿命越短。质量与太阳差不多的黑洞,寿命为1065年;质量为10亿吨的小黑洞,寿命约100亿年;而质量为3000吨的“原生黑洞”却是个寿命仅有几十秒的“短命鬼”。黑洞一旦到了生命的最后时刻,就会以一场猛烈的爆炸而告终。而在此“反坍缩”式的爆炸中,困可能会有一种新的神秘天体诞生,这就是

白 洞

白洞,是与黑洞性质刚相反的另一种特殊天体。它拒绝任何外来物质进入它的内部,而只允许它里面的物质和能量向外辐射出去。因此,白洞可以说是宇宙中一个发射物质和能量的“源泉”。

白洞也是很强的引力源,它可以被普通的恒星所吸引,也可以吸引其它天体。周围的尘埃、气体和能量被它不断吸引到自己边界上来,但一概拒绝人内,只能在边界外停留,形成一个包围它的物质层。白洞把这些物质加速到很高速度,使之具有一种向外喷射的趋势。

白洞既然不吸积外来的物质和能量,那么,它里面超高密度物质最初是怎么来的呢?

科学家们普遍认为,自从大爆炸以来,我们的宇宙在不断膨胀,密度在不断减少。因此,现在正在膨胀着的天体和气体乃至整个宇宙,在200多亿年以前,是被禁锢在一个“点”(流出奇点)上,原始大爆炸后,开始向外膨胀,当它们冲出“视界”的外面,就成为我们看得见的白洞。

与上述相反的一种观点认为,由于原始大爆炸的不均匀性,一些尚未来得及爆炸的致密核心可能遗留下来,它们被抛出以后仍具有爆炸的趋势,不过爆炸的时间推迟了,这些推迟爆发的核心——“延迟核”就是白洞。

也有人认为,白洞可能是黑洞“转化”而来。就是说,当黑洞的坍缩到了“极限”,就会经过内部某种矛盾运动质变为膨胀状态——反坍缩爆炸,这时它便由向内积吸能量,转变为从中心向外辐射能量了。

最富吸引力的一种观点认为,像宇宙中有正负粒子一样,宇宙中也一定存在着与黑洞(负洞)相同,而性质相反的白洞(正洞)。它们对应地共生在某个宇宙膨胀泡的泡壁上,分属两个不同的宇宙。

由于我们的宇宙中存在着10万多个黑洞,同样也可能存在着数目相等的白洞。于是,在宇宙继续膨胀过程中,白洞周围一些质量稍许密集区域就变得更加密集;黑洞周围的一些质量稍微稀薄的区域就变得更加空虚。这些大片空虚的区域就是——

空 洞

简单的说,空洞就是宇宙中相对的质量“空白”区域,在这个空白区域内,几乎完全没有星系存在。观察表明,宇宙确有这样大大小小的空洞。

宇宙空洞的发现,表明了自大爆炸以来,宇宙中星系的分布,已从均匀逐渐走向不均匀。这对黑洞(白洞)理论的发展和理论宇宙学的研究,都有着极大的意义。

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黑洞、白洞、虫洞都是爱因斯坦根据广义相对论推论出来的天体,但是爱因斯坦当初并不认为黑洞、白洞、虫洞等会存在于宇宙之中,因为它们的性质太极端了,其密度无限大,引力能把时空都扭曲了,很难理解,宇宙中会存在这样的天体,所以连爱因斯坦都不相信他们会存在,不过后来的天文观测表明,至少黑洞是存在的。黑洞、白洞、虫洞虽然它们都叫做“洞”。

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从定义上来说,白洞与黑洞是物理学家们根据黑洞在爱因斯坦的广义相对论上所提出的“假想”物体,或一种数学模型。物理学界和天文学界将白洞定义为一种超高度致密物体,其性质与黑洞完全相反。白洞并不是吸收外部物质,而是不断地向外围喷射各种星际物质与宇宙能量,是一种宇宙中的喷射源。简单来说,白洞可以说是时间呈现反转的黑洞。

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中华民族的神话传说中,不仅仅有东方持国天王魔礼海、西方广目天王魔礼寿、南方增长天王魔礼青、北方多闻天王魔礼红四大天王,也有守护庙门的门将哼哈二将。哼哈二将,一名郑伦,能鼻哼白气制敌;一名奇,能口哈黄气擒将。黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。1916年,德国天文学家卡尔史瓦西计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解。

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这是一个新的学说:黑洞属于白洞的一种。霍金穷其一生终于帮助人类找到了断定黑洞存在的办法,即黑洞吞噬经过它身边的巨大星体的时候,便会释放出巨大的X射线,天文学家由此就可以断定那里存在一个黑洞。然而,霍金去世前却又否定黑洞的存在。那么,是什么令霍金左右为难,既认为黑洞存在,又否认黑洞存在呢?霍金还没来得及说清楚。

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