白洞与黑洞一样,也是根据广义相对论所预言的一种天体,它的存在至今也没有得到实际观测的证实.
黑洞的概念,早在200年前就由著名数学家拉普拉斯首次提出了,1939年,又由美国科学家奥本海默等人根据广义相对论作了进一步的阐述.而白洞概念的提出则仅仅是近二三十年的事.
20世纪60年代以来,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,类星体的体积与一般恒星相当,而它的亮度却比普通星系还亮.
类星体这种个头小、亮度大的独特性质,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.前苏联的诺维柯夫和以色列的尼也曼提出的白洞模型,引起了大家的注意.白洞概念就这样问世了.
宇宙中的喷射源
白洞是怎样一种天体呢?
黑洞有一个称为视界的边界,无论是光还是其他任何物质,都只能进入它的视界,而不能从它那里跑出来.这是黑洞最基本的特性.
白洞的特性则与黑洞截然相反.
根据广义相对论,白洞也有一个类似于黑洞的封闭的边界,然而与黑洞不同的是,白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向外运动,外界的物质和辐射却不能通过其边界进入它的内部.也就是说,白洞可以向外界提供物质和能量,却不能吸收外部的任何物质和辐射.说得形象一点,它就好像是一个源源不断向外喷射物质和能量的源泉.因此,天文学家们又把白洞称之为"宇宙中的喷射源".
白洞与高能天体
既然白洞概念是在解释高能天体物理现象时提出来的,那么白洞与高能天体究竞存在什么联系呢?
白洞是一个物质只出不进的天体,但是,对于外部区域来说,白洞也是一个强引力源.它能把周围的尘埃、气体和各种辐射不断地吸引到它的边界上来,只不过这些物质并不能进入白洞的内部,只能在边界外形成一个包围白洞的物质层.
白洞内部,中心奇点附近所聚集的物质是一种超高密态的物质,其中包含各种基本粒子,甚至引力子,并且还聚集着极其巨大的能量.起初,这些物质是处于某种平衡状态,但它们具有向外膨胀的趋势.当由于某种原因引起膨胀时,物质密度就会在膨胀过程中不断降低.降低到某一程度,就会引起粒子的衰变过程,从而将各种高能粒子、光子、中微子等发射出来.
从白洞内部发射出来的物质都具有很高的速度,而被白洞吸引到其边界上的物质也具有很高的速度.不难想象,这进进出出,又都是高速度,它们在白洞边界上的碰撞该有多么猛烈.随着猛烈的碰撞,必然就会有异常巨大的能量释放出来.
假若类星体或活动星系核的中心有大质量白洞存在的话,那么,它们所释放的巨大能量就可以看成是白洞向外喷射物与其边界上吸积物相互作用的结果.这也就是白洞对高能天体物理现象能源之谜的解释.
白洞形成之谜
关于白洞是怎样形成的,目前科学家们持有两种不同的见解.
一种得到多数天文学家赞同的观点认为,当宇宙诞生的那一时刻,即当宇宙由原初极高密度、极高温度状态开始大爆炸时,由于爆炸的不完全和不均匀,可能会遗留下一些超高密度的物质暂时尚未爆炸,而是要再等待一定的时间以后才开始膨胀和爆炸,这些遗留下来的致密物质即成为新的局部膨
胀的核心,也就是白洞.
有些致密物质核心的爆炸时间已经延迟了大约100亿年或200亿年(这要看宇宙的年龄是100亿年还是200亿年,而宇宙年龄目前也是一个未解之谜).它们的爆炸,就导致了我们今天所观测到的宇宙中各种高能天体物理现象.为此,白洞又有"延迟核"之称.按照延迟核理论,100亿或200亿年之前,我们的宇宙就是一个巨大的白洞.
除了延迟核理论之外,另一种观点认为,白洞可直接由黑洞转变过来,白洞中的超高密度物质是由引力坍缩形成黑洞时获得的.
传统的黑洞理论认为,黑洞只有绝对的吸引而不向外界发射任何物质和辐射.70年代,有一位卓越的英国天体物理学家霍金,根据广义相对论和量子力学理论,对黑洞作了进一步的研究,并对传统的黑洞理论作了重大的修正.霍金对黑洞的见解轰动了科学界,他因此获得了1978年的爱因斯坦奖金.
霍金认为,黑洞具有一定的温度,会以类似于热辐射的方式稳定地向外发射各种粒子,这就是所谓的"自发蒸发".黑洞的蒸发速度与黑洞的质量有关,质量越大的黑洞,温度越低,蒸发得越慢;反之,质量越小的黑洞,温度越高,蒸发得越快.譬如,质量与太阳相当的一个黑洞,约需1066(100亿亿亿亿亿亿亿亿)年才能够完全蒸发完,而一些原生小黑洞,却能在10－23秒(一秒的一千万亿亿分之一)之内蒸发得一干二净.
黑洞的蒸发使黑洞的质量减小,从而使黑洞的温度升高,这样又促使自发蒸发进一步加剧.这种过程继续下去,黑洞的蒸发便会越演越烈,最后以一种"反坍缩"式的猛烈爆发而告终.这个过程正好就是不断向外喷射物质的白洞了.
目前,这种白洞是由黑洞直接转变过来的观点,也越来越引起各国科学家们的关注.
由于白洞概念提出之后,用它可以解释一些高能天体物理现象,所以引起了不少天文学家对白洞的兴趣,继而他们也对白洞问题作了一些探讨和研究.
尽管如此,科学家们对白洞的兴趣还远远比不上像对黑洞的兴趣那样浓,对白洞的研究工作也远远比不上像对黑洞的研究那样广泛和深入,并且在观测证认工作方面,也不像黑洞那样取得了很大的进展.
总而言之,白洞学说目前还只是一种科学假说,宇宙中是否真的存在白洞这种天体?白洞是怎样形成的?我们的宇宙在它诞生之前是否就是一个白洞?等等,有关白洞的这一系列问题,还都是等待人们去揭开的宇宙之谜.
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