改變宇宙的三個洞:黑洞蟲洞白洞,彼此之間有什麼區別?

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。

這三個洞分別是:黑洞,蟲洞,白洞

我們首先來看黑洞

雖然它的名字里帶個洞字,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于真實的宇宙中的,因此黑洞其實和太陽以及地球一樣,都是一個球體。

只不過由于黑洞太黑了,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。

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

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。

第二個引力時代是愛因斯坦于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,并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。

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于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制造一個很深的凹陷,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。

雖然此時這個點也還屬于天體,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范圍,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:這個天體外表將處于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。

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。

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。

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。

而天然蟲洞就是這鍋開水里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。

目前蟲洞只能在科幻作品里看見了, 并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。

宇宙三洞里最后一個洞,是白洞

它和黑洞以及蟲洞一樣,都屬于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。

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,雖然后來這個說法被推翻了,但關于 「白洞會噴出物質」這一點還是沒有異議的。

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

總體來看

不管是黑洞蟲洞還是白洞,它們其實都脫胎于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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