白洞真的存在吗？

拓牛李强

白洞是理论上的宇宙区域，其功能与黑洞相反。(图片鸣谢:未来/亚当·斯密)

据美国太空网（保罗·萨特）：黑洞似乎吸引了所有的注意力。但是他们的镜像双胞胎白洞呢？它们存在吗？如果是的话，他们在哪里？

为了理解白洞的本质，我们首先要研究我们更熟悉的黑洞。黑洞是完全引力坍缩的区域，在那里引力压倒了宇宙中所有其他的力，将一团物质一直压缩到一个被称为奇点的无限小的点。围绕着那个奇点的是一个事件视界，它不是一个物理的、坚固的边界，而仅仅是围绕着一个奇点的边界，在那里引力是如此之强，以至于任何东西，甚至是光，都无法逃脱。

我们知道宇宙是如何形成黑洞的。当一颗大质量恒星死亡时，其巨大的重量挤压其核心，引发黑洞的产生。任何过于靠近黑洞的物质或辐射都会被强大的引力捕获，并被拉到视界之下，最终走向毁灭。

通过爱因斯坦的广义相对论，我们理解了黑洞形成的过程，以及黑洞如何与其环境相互作用。为了得出白洞的概念，我们必须认识到广义相对论并不关心时间的流动。这些方程是时间对称的，这意味着数学在时间上向前或向后运行都非常好。

因此，如果我们拍摄一部关于黑洞形成的电影，并让它反向运行，我们会发现一个流动着辐射和粒子的物体。最终，它会爆炸，留下一颗巨大的恒星。这是一个白洞，根据广义相对论，这种情况完全没问题。

白洞会比黑洞更奇怪。它们的中心仍会有奇点，边界仍会有视界。它们仍然是巨大的引力物体。但是，任何进入白洞的物质都会立即以超过光速的速度被喷射出来，导致白光凶猛地闪耀。白洞外面的任何东西都不可能进入其中，因为它必须以超过光速的速度向内穿越视界。

但是如果广义相对论的数学允许白洞存在，那么我们为什么不怀疑它们存在于真实的宇宙中呢？答案是广义相对论不是宇宙的唯一词汇。物理学的其他分支告诉我们宇宙的内部运作，比如我们的电磁学和热力学理论。

在热力学中，有熵的概念，非常粗略地说，它是系统中无序度的一种度量。热力学第二定律告诉我们，封闭系统的熵只能往上走。换句话说，无序总是在增加。

举个例子，假设你把一架钢琴扔进了碎木机。出来的是一堆粉碎的碎片。系统中的无序度增加了，热力学第二定律得到了满足。但是如果你把一堆随机的碎片扔进同一个碎木机，你不会得到一架完整的钢琴，因为那会导致无序减少。(高度有序的系统，如生命，可以在地球上出现——但它们是以太阳内部熵的增加为代价的。无论你如何构建你的系统，你仍然不能从碎木机中得到钢琴。)

我们不能简单地将黑洞形成的过程倒过来，得到一个白洞，因为这将导致熵减少——恒星不会奇迹般地出现在巨大的宇宙爆炸中。因此，尽管广义相对论对白洞的存在是不可知的，热力学却给了这个概念一个强硬的否定。

形成白洞的唯一方法是在早期宇宙中有一些奇异的过程在运作，将白洞的存在烘焙到时空本身的结构中。这样，白洞的形成过程将绕过熵减少的麻烦——白洞将简单地存在，从时间开始就存在。



事件视界望远镜是一个由八个地面射电望远镜组成的行星级阵列，通过国际合作打造，捕捉到了这张M87星系中心超大质量黑洞及其阴影的图像。这里M87是在偏振光下观察的。(图片鸣谢:EHT协作)

不幸的是，白洞也非常不稳定。它们仍然会被吸引，将物质拉向自己，但是没有东西能够穿越视界。一旦任何东西，哪怕是一个光子(光的粒子)接近白洞，它都会被毁灭。如果粒子接近事件视界，它将无法穿越它，使系统的能量暴涨。最终，这种粒子将拥有如此大的能量，以至于它将引发白洞坍缩成黑洞，结束它的存在。

因此，尽管白洞看起来有趣且令人费解，但它们似乎并不是真实宇宙的特征——只是困扰广义相对论数学的幽灵。