宇宙奧秘對(duì)時(shí)空中有些爆發(fā)的搜尋已經(jīng)開始。但它們最終會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，還是依然停留在科幻？宇宙中充滿著怪異而極端的現(xiàn)象。例如，大家已經(jīng)司空見慣的黑洞。黑洞會(huì)吞噬掉任何它可及的一切。不過，有“黑”就有“白”，與黑洞截然相反的是白洞。簡單來說，白洞就是在時(shí)間上反演的黑洞。如果你以某種方式拍攝了一段黑洞的視頻，把它倒過來播放就能看到一個(gè)白洞。與一味地俘獲和吞食物質(zhì)的黑洞相反，白洞會(huì)把物質(zhì)噴射進(jìn)太空，只出不進(jìn)。
白洞的藝術(shù)概念圖。白洞是在時(shí)間上反演的黑洞，但與只會(huì)吞食物質(zhì)的黑洞相反，它會(huì)把物質(zhì)和輻射噴射進(jìn)太空。
豈止是怪
白洞存在于愛因斯坦的廣義相對(duì)論中。在數(shù)學(xué)上來說，白洞和黑洞都是滿足廣義相對(duì)論場方程的解。廣義相對(duì)論的場方程描述了物質(zhì)是如何作用于時(shí)空結(jié)構(gòu)并使之發(fā)生扭曲的。任何有質(zhì)量的物體都會(huì)對(duì)其周圍的環(huán)境施加引力作用。質(zhì)量越大，引力效應(yīng)就越強(qiáng)。與絕大多數(shù)物理學(xué)規(guī)律一樣，廣義相對(duì)論在數(shù)學(xué)上可以向前和向后運(yùn)行。如果廣義相對(duì)論的方程允許物質(zhì)和能量進(jìn)入某個(gè)區(qū)域后便無法再離開，即黑洞，那么它也允許物質(zhì)和能量只能離開某個(gè)區(qū)域而無法進(jìn)入，即白洞。 這個(gè)想法在數(shù)學(xué)上沒錯(cuò)，但并不意味著白洞是真實(shí)存在的。
和黑洞不同，目前認(rèn)為白洞是假想中的天體，不太可能存在于現(xiàn)實(shí)之中。眼下，天文學(xué)家沒有任何證據(jù)能證明在可觀測宇宙中存在白洞。白洞仍是基于自然規(guī)律的時(shí)間反演對(duì)稱性而做出的理論預(yù)言。但時(shí)間反演也預(yù)言，如果我們看到一個(gè)茶杯掉落并砸碎在地上，那么原則上我們還能看到所有的碎片聚合成一個(gè)茶杯，然后再向上飛行。但是，在現(xiàn)實(shí)中從來沒有看到后面這種情況，在某些方面白洞也與之相似。雖然時(shí)間反演過程并不違反物理學(xué)定律，但科學(xué)家們并不認(rèn)為它們會(huì)在自然界中發(fā)生。當(dāng)大質(zhì)量恒星耗盡其核燃料時(shí)，便無法再支撐自己，于是就會(huì)坍縮成黑洞，它的中心是一個(gè)密度無窮大的“奇點(diǎn)”。黑洞有著強(qiáng)大的引力場，即便是光也無法從那里逃逸。
與黑洞不同，白洞存在的主要障礙之一就是還沒有已知的任何一個(gè)物理過程可以創(chuàng)造出一個(gè)白洞。天文學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了黑洞的存在，知曉了它們的形成方式，因此它們不僅滿足愛因斯坦的場方程，而且還真實(shí)地存在于宇宙之中。但是，在已知的所有物理和天文過程中，沒有一個(gè)能真正制造出一個(gè)白洞。
有一些科學(xué)家猜想，可以通過奇異的過程來形成白洞。其中一個(gè)理論涉及量子隧穿，這是一種奇特的現(xiàn)象，允許物質(zhì)在極其微小的量子尺度上具有反常的行為。這一過程有可能把黑洞變成白洞。舉個(gè)例子，如果你跌落到一個(gè)山谷中且沒有足夠的力氣爬上來，那你就會(huì)被困在那里，除非遇到好心的路人提供幫助。但在量子物理學(xué)中，事情就并非如此了。和上述的情況相反，你可以打一條隧道穿行到另一個(gè)山谷。
科學(xué)家們的想法是，也許可以使用量子引力理論，在廣義相對(duì)論的不同解之間進(jìn)行隧穿。在量子力學(xué)下，你可以從一個(gè)黑洞開始，然后將其隧穿成一個(gè)白洞。然而，隧穿過程非常罕見，目前還沒有人確切知道它們發(fā)生的概率有多大，很有可能罕見到永遠(yuǎn)也不會(huì)發(fā)生。白洞也有可能是宇宙中其他地方（甚至多重宇宙中另一個(gè)宇宙里），黑洞形成時(shí)的產(chǎn)物。在這種情況下，白洞和黑洞會(huì)在時(shí)間和空間上相互連通，其橋梁就是蟲洞。物質(zhì)會(huì)落入黑洞，然后穿過蟲洞，再從其他地方的白洞噴出。雖然蟲洞也是愛因斯坦場方程成立的一個(gè)解，但無論從哪個(gè)角度來看它都脫離不了“另類”的屬性。類似于白洞，雖然蟲洞在數(shù)學(xué)上是可行的，但我們還不知道有什么過程可以形成蟲洞。證明蟲洞存在的證據(jù)甚至比白洞的證據(jù)還要少得多。要制造一個(gè)蟲洞，你需要一類我們從未見過的、非同尋常的奇異物質(zhì)，所以蟲洞的存在會(huì)是一個(gè)令人瞠目結(jié)舌的結(jié)果。
白洞也有可能是黑洞形成時(shí)的產(chǎn)物。蟲洞會(huì)在時(shí)間和空間上連接兩端的白洞和黑洞。物質(zhì)會(huì)先落入黑洞，然后穿過蟲洞，再從白洞噴出。
止于觀測？
盡管無法直接觀測黑洞，但卻可以通過探測其周圍超高溫物質(zhì)所發(fā)出的X射線來尋找它們，或者通過觀測圍繞一個(gè)空白區(qū)域運(yùn)動(dòng)的恒星和氣體的運(yùn)動(dòng)來探測它們。由此，科學(xué)家們可以推斷出在那里潛藏著一個(gè)質(zhì)量巨大且不可見的天體，它正在擾動(dòng)周圍的環(huán)境。借由這一方法證明在銀河系中心存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，被稱為人馬A*。
然而，白洞卻以可觀測而聞名。它們會(huì)突然創(chuàng)生，把大量的能量噴射入太空，然后又消失。2006年，科學(xué)家們觀測到了一個(gè)與之類似的事件——一次發(fā)生在距離地球數(shù)十億光年之外的突然爆發(fā)。從開始到結(jié)束整個(gè)過程只持續(xù)了102秒。然而，突然的能量爆發(fā)在宇宙中十分普遍。宇宙中最強(qiáng)勁的爆發(fā)事件被稱為γ射線暴，它們是由恒星碰撞、超新星爆發(fā)、甚至是恒星與黑洞或者黑洞間并合所產(chǎn)生的極端過程。依據(jù)持續(xù)的時(shí)間長短和其他特性，γ射線暴被分成兩類，它們有著不同的起源?？茖W(xué)家們認(rèn)為2006年的爆發(fā)事件就是一次γ射線暴，將其命名為GRB 060614。然而，它的屬性特殊，無法歸入已知的兩類爆發(fā)。更令人困惑的是，在GRB 060614所處的天區(qū)似乎沒有合適它的前身天體，這一爆發(fā)就如同無中生有一般。
2011年，有兩位科學(xué)家提出，這一爆發(fā)事件也許是我們第一次觀測到白洞。最近的天文觀測表明，γ射線暴可能存在第3個(gè)類型，其原型就是GRB 060614，這些γ射線暴持續(xù)時(shí)間長，沒有任何的超新星輻射，可以很自然地用白洞爆炸來解釋。甚至有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙大爆炸本身可能就是一個(gè)白洞在噴發(fā)。絕大多數(shù)天體物理學(xué)家都不相信有白洞存在，但有少量的科學(xué)家則持不同的觀點(diǎn)。他們認(rèn)為，在宇宙初始的奇點(diǎn)大爆炸顯然就是一個(gè)巨大的白洞，從中噴涌出了宇宙中所有或者絕大多數(shù)的物質(zhì)。
大爆炸確實(shí)與白洞十分相似，GRB 060614與白洞也相似。但這兩個(gè)觀點(diǎn)還都僅僅是猜測。大爆炸是一個(gè)白洞嗎？未必。宇宙的坍縮類似于黑洞，宇宙的膨脹則類似于白洞，兩者雖然形似，但并不意味著兩者在物理上的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？赡芘c白洞相關(guān)的另一個(gè)現(xiàn)象是快速射電暴。它們是持續(xù)時(shí)間極短的爆發(fā)，目前起源未知。然而，有跡象表明有些快速射電暴具有周期性，由此可以排除它們是白洞的可能性。
黑洞無法被直接觀測到，但卻可以通過探測其周圍的X射線輻射以及測量恒星和氣體的運(yùn)動(dòng)來尋找它們。通過這一方法證明在銀河系中心存在超大質(zhì)量黑洞人馬A*。版權(quán)：ESO。
盡管仍是假想中的天體，但確實(shí)有設(shè)備能夠探測到它們。激光干涉引力波觀測臺(tái)是目前最大的引力波和黑洞探測裝置。引力波與宇宙中最極端和最高能的現(xiàn)象——黑洞、中子星和恒星死亡——相連。激光干涉引力波觀測臺(tái)已經(jīng)探測到了不同黑洞之間的碰撞。雖然目前還沒有直接的搜索計(jì)劃，但它也能探測白洞。還有其他儀器設(shè)備會(huì)探測高能γ射線源，包括目前正在建造的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列、正在環(huán)地球軌道上工作的費(fèi)米γ射線空間望遠(yuǎn)鏡和“射電天文”衛(wèi)星。俄羅斯的“射電天文”衛(wèi)星發(fā)射于2011年，正在觀測銀河系內(nèi)外的射電源?！吧潆娞煳摹毙l(wèi)星的科學(xué)家表示，該衛(wèi)星具備了觀測此類現(xiàn)象的能力。
它觀測的是星系中心附近的磁場。盡管迄今還沒有證據(jù)表明其存在性，但如果那里的磁場存在宏觀尺度上的磁單極性——即只有一個(gè)磁極，那它就有可能是一個(gè)蟲洞。與吞噬周圍氣體和物質(zhì)的黑洞相反，蟲洞以及它所連接的白洞會(huì)向外發(fā)出輻射。
開放的思維
雖然白洞研究具有極高的風(fēng)險(xiǎn)性，其概念也仍處于假想狀態(tài)，但對(duì)黑洞的研究曾經(jīng)也經(jīng)歷過這樣的階段。在發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論的第一個(gè)黑洞解時(shí)，人們都無不感到驚訝，認(rèn)為它在現(xiàn)實(shí)宇宙中絕不可能存在。甚至在很長一段時(shí)間里，教科書都把它稱為一個(gè)怪異的解?，F(xiàn)在我們知道，這些觀點(diǎn)都是錯(cuò)的！今天有大量的證據(jù)表明，黑洞其實(shí)無處不在。對(duì)于白洞來說，我們可能也需要一個(gè)開放的態(tài)度。數(shù)學(xué)上并沒有否定白洞的存在，所以至少可以去嘗試著尋找一下它們。
在環(huán)繞地球的軌道上，費(fèi)米γ射線空間望遠(yuǎn)鏡正在監(jiān)視天空中出現(xiàn)的γ射線暴，為證實(shí)或者否定白洞的存在提供新的線索。版權(quán)：NASA。
要么，尋找到更多的線索來進(jìn)一步排除白洞存在的可能性；要么，尋找到更多證據(jù)來支持白洞在宇宙中存在的概率。
（責(zé)任編輯 張長喜）
