第21章 白洞的形成

由于白洞周围具有很强的引力场，它把附近的尘埃、气体和辐射吸引到边界上来，产生很高的加速度，从而与从白洞内高速向外喷射的物质微粒相碰撞，产生巨大的能量辐射。

X射线、宇宙射线、射电爆发及双射电源等高能现象，都可看成是白洞与其周围吸积物质相互作用的结果。用白洞模型解释宇宙背景X射线和γ射线的来源，也得到了与观测结果相近的能谱。

白洞内膨胀物质所发出的辐射具有紫移特征，尤其在最初膨胀阶段，这种紫移表现得特别明显。对于白洞的起源，一种看法认为，白洞内的超密物质由引力塌缩形成黑洞时获得，它们经过某种内部的矛盾运动，转变成膨胀状态，而又从中心奇点向外抛射出来;比较流行的看法认为，白洞来源于整个宇宙的大爆炸。

当宇宙由超高密态爆炸时，由于爆炸的不均匀性，有些超密态物质在抛出后仍处于奇点状态，它们可以等待一定的时间以后才开始膨胀和爆发，而成为新的局部膨胀核心。有些核心的爆发时间已延迟了1010年（10000000000年，合100亿年）左右，它们一旦爆发就形成了所能观察到的类星体或其他高能天体，故白洞又称为“延迟核”。

随着宇宙学的发展，人们将进一步揭开它的奥秘。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，进入黑洞的物质，最后应会从白洞出来，出现在另外一个宇宙。由于具有和“黑”洞完全相反的性质，所以叫做“白”洞；又因为黑洞的引力使得光也无法逃脱，而白洞和黑洞是完全相反的（连光也会被排斥掉），所以呈现为白色，叫做白洞。

它有一个封闭的边界，聚集在白洞内部的物质，只可以向外运动，而不能向内部运动。因此，白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。

白洞是一个强引力源，其外部引力性质与黑洞相同。

在量子力学中，黑洞发出霍金辐射，因此可以通过辐射气体达到热平衡（不是强制性的）。由于热平衡态是时间反转不变量，Stephen Hawking认为热平衡黑洞的时间反转仍然是热平衡中的黑洞，这可能意味着黑洞和白洞是同一物体。从一个普通的黑洞发出的霍金辐射可以通过白洞的辐射得到确认。

白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象。天文学家还没有实际找到白洞，还只是个理论上的名词。白洞是理论上通过对黑洞的类比而得到的一个十分“学者化”的理论产物，更多的表现为一种数学模型。和黑洞完全不一样，白洞不会吸收任何物体，相反的，白洞会不断释放出物质，包括基本粒子和场。

白洞和黑洞一样，有一个封闭的“视界”。不过和黑洞不一样，时空曲率在这里是负无穷大，也就是说，在这里，白洞对外界的斥力达到无穷大，即使是光笔直向白洞的奇点冲去，会被其弹回，所以它不可能进入白洞一步。

理论上，白洞也可以根据是否旋转，是否带有电荷而区分类型，但是理论物理学家们认为，白洞的无穷大的斥力会迫使白洞不带有任何电荷，因为电荷很容易就被赶到了视界外。而旋转，也被认为是不可能的。不过白洞看来只可能是一种想象中的产物。因为如果白洞不吸收任何物体而仅仅是喷射物质（能量），那么无论这个白洞的质量有多大，它的物质也会很快地被喷射光。

当然，物理学家们也为白洞提供了几个存在的想法，其中有的人认为白洞和黑洞通过虫洞连接，从而使母宇宙和婴儿宇宙之间获得联系。关于这种机制，可以参考关于“时间虫洞”的概述（详见霍金的《果壳中的宇宙》）。

白洞其实就是黑洞的反演，而黑洞与白洞之间有三维以上的一个通道，从黑洞里面进去，从白洞里面出来，因为这些物质从黑洞那边被吸进去时有很大的速度，所以从白洞里喷发出来也有很大的速度，但是他们的速度一般相等。黑洞作为事物的一个发展终极，必然引致另一个终极，就是白洞。

其实膨胀的大爆发宇宙论中，早就碰到了原初火球的奇点问题，这个问题其实一直困扰着科学家们。这个奇点的最大质量与密度和黑洞的奇点是相似的，但他们的活动机制却恰恰相反。高能量超密物质的发现，显示黑洞存在的可能，自然也显示白洞存在的可能。如果宇宙物质按不同的路径和时间走到终极，那么也可能按不同的时间和路径从原始出发，亦即在大爆发之初的大白洞发生后，仍可能出现小爆发小白洞。而且，流入黑洞的物质命运究竟如何呢？是永远累积在无穷小的奇点中，直到宇宙毁灭，还是在另一个宇宙涌出呢？

1960年以来，由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续发现了许多高能天体物理现象，例如宇宙X射线爆发、宇宙γ射线爆发、超新星爆发、星系核的活动和爆发以及类星体、脉冲星，等等。

这些高能天体物理现象用人们已知的物理学规律已经无法解释。就拿类星体来说吧，类星体的视界大小与一般恒星相当，而它的亮度却比普通星系还亮几万倍。类星体这种个头极小、亮度极大的独特性质，是人们从未见到过的，这就使科学家们想到类星体很可能是一种与人们已知的任何天体都迥然不同的奇异天体。

如何解释类星体现象呢？科学家们提出了各种各样的理论模型。1964年，前苏联宇宙学家Igor Novikov提出白洞存在的可能性，以色列的尼也曼提出的白洞模型，引起了大家的注意。白洞概念就这样横空出世了。

辐射若是由白洞产生，这现象就很自然了。辐射能愈高，蓝移也愈大，所以最初可见光也都移到紫外区了。他还计算了银河系中偶然的小规模爆发现象，说明了银河内小白洞随时爆发的可能性，例如短期间活动的银河内X-ray，剧烈的最高能量最先到达，其后能量下降，整体按幂函数递减在光谱中显示出来。

这和白洞理论计算是一致的。各X-ray之间，光谱不尽相同，不过这差异可从白洞对自己产生的电磁辐射产生畸变说明.因为白洞内产生的辐射可能有黑体辐射(微波以下噪音)，同步辐射(带电粒子在强磁中通过而产生)等不同形态。人造卫星偶然观测到的突发r射线，可以白洞影响说明；宇宙射线背景高能粒子的生成，也可以认定是白洞喷发的物体。

但是一个天体的引力会大过天体的斥力，那白洞喷发的一切东西又会被吸回白洞里才对。白洞”还只是个理论名词，科学家并未实际发现。在技术上，要发现黑洞，甚至超巨质量黑洞，都比发现白洞要容易的多。也许每一个黑洞都有一个对应的白洞！

但我们并不确定是否所有的超巨质量的“洞”都是“黑”洞，也不确定白洞与黑洞是否应成对出现。但就重力的观点来看，在远距离观察时两者的特性则是相同的。

当人们有了很复杂的数学工具来分析这些相关方程式，他们发现了更多。在这个简单的情形下时空结构必须具备时间反演对称性，这意味着如果你让时间倒流，所有一切都应该没什么两样。因此如果在未来某个时刻光只能进不能出，那过去一定有个时刻光只能出不能进。

这看上去就像是黑洞的反转，因此人们称之为白洞，虽然它只是黑洞在过去的一个延伸。(更奇怪的是：在世界里面似乎应该还有一个宇宙，虽然这里用“里面”可能不太确切。)时间在白洞里面是存在的，但既然你不能进去，那你只有出生在里面才能知道了。

但在现实中，白洞可能并不存在，因为真实的黑洞要比这个广义相对论的简单解所描述的要复杂得多。他们并不是在过去就一直存在，而是在某个时间恒星坍塌后所形成的。这就破坏了时间反演对称性，因此如果你顺着倒流的时光往前看，你将看不到这个解中所描述的白洞，而是看到黑洞变回坍塌中的恒星。

我们知道，由于黑洞拥有极强的引力，能将附近的任何物体一吸而尽，而且只进不出。如果，我们将黑洞当成一个“入口”，那么，应该就有一个只出不进的“出口”，就是所谓的“白洞”。黑洞和白洞间的通路，也有个专有名词，叫做“灰道”(即“虫洞”别名“硅洞”)。虽然白洞尚未发现，但在科学探索上，最美的事物之一就是许多理论上存在的事物后来真的被人们发现或证实。因此，也许将来有一天，随着科学技术的进步和人类的不断探索，天文学家会真的发现白洞的存在呢！

与黑洞的关系白洞与黑洞是相辅相成的，是对立统一的。沈葹在《黑洞、白洞交相衬映》一文中对黑洞与白洞的相互关系作了如下论述：“霍金着眼于黑洞，但他的假说或可给予黑洞、白洞相互转化之设想以便宜。当然此设想主要还是出于黑洞、白洞之对称性的思考；因为物质坍缩成一个中心奇点、与物质从一个中心奇点里爆发出来，本是相反相成的两个过程，所以从黑洞瞬即转化成白洞，似乎还是可能实现的。

对于宇宙演化，我们且作如下尝试性解释。从广义相对论演绎得出的一种演化模式，把宇宙假设为从原始火球的大爆炸中诞生，接着便膨胀，胀到最大，再转变成坍缩，缩到最小；尔后又发生第二次爆炸及其胀、缩过程；如此循环反复。对此模式，可否把每次爆炸的原始火球看作为一个原始白洞，而它是上一次坍缩过程的终止黑洞瞬即转化来的。起始点和终止点就是这白洞和黑洞的中心奇点。”这段论述包含了深刻的辩证逻辑思想。

根据上述情况，可以得出以下结论：

第一，黑洞是宇宙间吸引的一种极端现象和形式，它的直接结果是“大坍缩”，与之相反，白洞则是宇宙间排斥的一种极端现象和形式，它的直接结果是“大爆炸”或“大膨胀”。两者缺一不可，紧密相联，相辅相成，相互转化，对立统一。

第二，黑洞与白洞是通过某种“极变机制”（虫眼机制等）相互转化的，由于这种相互转化的存在，使得量子阶梯中的所有物质现象得以产生、发展和消亡。在这个过程中，既没有一成不变的永恒事物，也没有只出现一次就永远绝灭的东西。产生了的东西会消亡，消亡了的东西又会产生，如此循环不止。

第三，黑洞与白洞的相互转化是宇宙演化最根本、最重要的动力根源。它们两者的存在和转化，是“吸引和排斥这一个古老的两极对立”的生动体现，是万物变化最深层次的总根源。

黑洞就象宇宙中的一个无底深渊，物质一旦掉进去，就再也逃不出来。根据我们熟悉的“矛盾”的观点，科学家们大胆地猜想到：宇宙中会不会也同时存在一种物质只出不进的“泉”呢？并给它取了个同黑洞相反的名字，叫“白洞”。

科学家们猜想：白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界，但与黑洞不同的是，白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动，而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部。形象地说，白洞好像一个不断向外喷射物质和能量的源泉，它向外界提供物质和能量，却不吸收外部的物质和能量。

白洞，还仅仅是科学家的猜想，还没有观察到任何能表明白洞可能存在的证据。在理论研究上也还没有重大突破。不过，最新的研究可能会得出一个令人兴奋的结论，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身！也就是说黑洞在这一端吸收物质，而在另一端则喷射物质，就像一个巨大的时空隧道。

科学家们证明了黑洞其实有可能向外发射能量。而根据现代物理理论，能量和质量是可以互相转化的。这就从理论上预言了“黑洞、白洞一体化”的可能。

要彻底弄清楚黑洞和白洞的奥秘，还为时过早。但是，科学家们每前进一点，所取得的成绩都让人激动不已。我们相信，打开宇宙之谜大门的钥匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后。