改變宇宙的三個洞:黑洞蟲洞白洞,彼此之間有什麼區別?

2022年07月01日23:05:14 科學 1564

在宇宙學研究中有三個「洞」很讓科學家頭疼,因為它們雖然才出現不過百年,但卻徹底顛覆了人類對宇宙的認知。

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這三個洞分別是:黑洞,蟲洞,白洞

我們首先來看黑洞

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雖然它的名字裡帶個洞字,但我們千萬不能望文生義把它當做宇宙中的一個洞,因為我們的宇宙本質上是個三維空間加一維時間的四維時空一個紙片形狀的二維黑洞是不可能存在於真實的宇宙中的,因此黑洞其實和太陽以及地球一樣,都是一個球體。

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只不過由於黑洞太黑了,身為宇宙最黑天體的它從任何角度看上去都像一個二維紙片,所以就跟我們在地球上看太陽和月亮是個圓盤一樣,身為球體的黑洞也只能以二維紙片的外表呈現在世人面前了。

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然而黑洞之所以困擾科學界,絕不僅僅因為它黑,雖然它確實是宇宙中最黑的天體,但更讓科學界注意它的其實是它的引力

眾所周知

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人類文明經歷了兩個引力時代,第一個是牛頓建立的萬有引力定律,它完美解釋了天體運行和太陽系基本結構問題,但在水星近日點攝動問題上無能為力。

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第二個引力時代是愛因斯坦於20世紀初創立的廣義相對論,它不但完美解決了水星近動的問題,並且還解釋了引力的來源,把引力描述成了「大質量天體扭曲時空引起的幾何跌落」,極大領先了牛頓時代的萬有引力定律。

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但隨著廣義相對論而來的,還有它預言的一系列新天體和新現象,比如黑洞,再比如引力波和引力透鏡,其中黑洞就是「大質量天體堆積在時空中的一點」的產物。

當巨大的質量集中在過於小的一個時空點上的時候,根據廣義相對論,這個點將在宇宙時空中製造一個很深的凹陷,同時整個點的引力也會變得連每秒30萬公里的光都無法逃逸。

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雖然此時這個點也還屬於天體,但如果一個天體本身發出的光根本飛不出這個天體的引力範圍,外部光線經過這個天體時也會被它的引力困住,那麼我們就不難發現:這個天體外表將處於永遠漆黑一片的狀態,沒有任何光線能從它附近經過,它自己都光線也飛不出來,這便是廣義相對論中預言的黑洞了。

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除了黑洞,廣義相對論還預言了蟲洞

蟲洞在廣義相對論的全稱是「愛因斯坦-羅森橋」,通俗來說就是利用「質量可以扭曲時空」的特性,把相隔上千萬光年的兩個星系連接起來,從而實現在短時間內跨越千萬光年物質轉移。

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是一種遠超化學動力火箭,碾壓光速飛船,且不違反愛因斯坦相對論的宇宙旅行方式,唯一的缺點就是太難了。

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因為根據大爆炸宇宙模型,宇宙中的天然蟲洞只在大爆炸初期短暫存在過一段時間,當時宇宙才剛開始膨脹,時空和物質還像一鍋沸騰的開水一樣稠密。

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而天然蟲洞就是這鍋開水裡互相連通的滾燙氣泡,但隨著宇宙本身的超光速暴漲,宇宙整體溫度在短時間內降了下來,天然蟲洞也就不復存在了。

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目前蟲洞只能在科幻作品裡看見了,並且大多都是宇宙超級文明的標配,人類文明是遠遠達不到生成蟲洞的水平的。

宇宙三洞里最後一個洞,是白洞

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它和黑洞以及蟲洞一樣,都屬於廣義相對論的預言天體或者說現象,不同的是白洞的性質剛好和黑洞相反,因為黑洞一直在無休止的吞噬物質和光子而白洞一直在噴出物質和光子,可以說白洞就是黑洞的反演。

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在最初有關白洞的理論中,科學家們認為被黑洞吞噬的物質都會從白洞里再被吐出來,雖然後來這個說法被推翻了,但關於「白洞會噴出物質」這一點還是沒有異議的。

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遺憾的是和蟲洞一樣,目前科學界並沒有在宇宙中發現白洞的痕迹,甚至連科幻作品中也很少涉及到白洞,它目前還僅存在於廣義相對論的預測之中,是一個理論上的數值可能性,在現實中並沒有對照物。

總體來看

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不管是黑洞蟲洞還是白洞,它們其實都脫胎於愛因斯坦的廣義相對論,但就像牛頓萬有引力定律被愛因斯坦廣義相對論補充修正一樣,未來肯定還會有新的引力理論去修正廣義相對論,屆時困擾科學界的「三洞問題」或將迎刃而解。

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