宇宙飛船進入「蟲洞」示意圖。蟲洞另一端是相鄰宇宙中的星系。(NASA/Les Bossinas) 

黑洞是甚麼?它是怎樣形成的?黑洞是一類密度極高的星體。由於它周圍存在巨大的引力場,所有經過附近的物質均被吸進去,即使光也不能逃脫,同樣,處於黑洞裡的物體也不能逃出黑洞。我們知道,地球上的物體若獲得很大的初始速度,便可脫離地球的引力而飛到太空,如果初始速度足夠大,還可以脫離太陽的引力而逃出太陽系,而人類用火箭發射衛星或太空船便是利用了此原理。物體逃離地球的最小初始速度是由地球的質量和半徑決定的,如果地球被壓縮成一個很小的球,當其半徑小於某一臨界值時,對周圍物體的引力便會變得非常之大,即使光這種在宇宙中傳播速度最快的波動也會被地球吸住而不得逃走,這時地球便變成了一個黑洞。按照恆星演化理論,黑洞是恆星演化的最後階段,即是「死亡」了的恆星。由於黑洞不會放射出物質或輻射,我們不能直接觀察到黑洞。但是黑洞可以與鄰近的恆星構成雙星系統,從地球上看來,那可見的恆星 (伴星) 便好像是與一個看不見的天體不停地大跳華爾滋 (見圖),從它運動的程度可推算出那看不見天體的質量,如果那天體的質量非常龐大,便很有可能是一個黑洞。此外,黑洞的巨大引力使伴星的氣體物質以螺旋軌道衝進黑洞,由於被急速壓縮,物質的溫度變得很高,Χ射線和伽瑪射線而產生,在地球上觀察這些射線,便可找到黑洞存在的證據。



甚麼是黑洞
黑洞是一個時空的黑暗區,由一些質量頗大的星體經重力塌縮後所剩餘的東西,是一個重力極大的天體。視界內任何物質都不能從裡面跑來,甚至是光都不例外,所以是一顆渿黑的天體,因而得名為黑洞。因為無法從可見光這途徑看到黑洞,所以只能以被黑洞吸引掉落其上的物質所釋放的輻射來確定它們的存在。

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黑洞
黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後(巨大的恆星:質量是太陽質量的八倍以上)死亡時,恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸,沒有輻射壓力去抵抗重力,平衡態不再存在,這星體將全面塌縮,成為中子星。若其中子星的總質量大於三倍太陽的質量,那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力,星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。這時,引力之大足以使一切粒子,都被引回星體本身,不能逃脫。
黑洞的界限
當一個黑洞形成後,塌縮還會進行下去,所有物質會無可避免,所有質量將集中在一個非常細小的質點,稱為奇點。黑洞的表面層稱為事件穹界。而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦半徑。任何物質要從黑洞的史瓦半徑跑到外面去,它的逃離速度便要大於光速。但根據狹義相對論,光速是速度的極限。重力龐大得連光線也逃不出去,這個連光線也逃不出去的面,稱為事相面。光線和任何物質都只能從事相面外部進入其內部,而無法從裡邊逸出。這個事相面的裡邊就是黑洞。
探索的黑洞
黑洞不發光,所以是不可能用天文望遠鏡規測得到的。但根據理論,當周圍的物質被吸引時,就會透露出黑洞的存在。如果一對雙星中的伴星是黑洞,那麼主星的物質被吸引向黑洞而形成一個吸積環。當吸積環的物質被吸入黑洞時,因摩擦而引起高溫,而放出X光線。於是我們就能將重點放於X射線密近雙星上。 

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遭黑洞吸收物質或未被破壞

甚麼叫「蟲洞」?60多年前,愛因斯坦首先提出了蟲洞理論。簡單地說,蟲洞是宇宙中的隧道,它能扭曲空間,可以讓原本相距遙遠的不同天體近在咫尺。從理論來說,蟲洞是連結白洞和黑洞之間多維空間的隧道,可說是無處不在,但轉瞬即逝。波普拉維斯基的理論認為,黑洞吸收的物質,並未如預測般被破壞成一個點,而是在黑洞的另一端噴湧出一個「白洞」,而所謂白洞,廣義來說就是相對論預言的一種與黑洞相反的特殊天體。

按照波普拉維斯基得出的方程式,這種新蟲洞是「時空奇點」(space-time singularity)確實可行的替代物;過去愛因斯坦也曾經預言時空奇點存在於黑洞中心。

根據愛因斯坦的廣義相對論方程式,奇點形成於特定區域內物質過於稠密時,奇點不佔用任何空間,密度無限大,溫度無限高。這聽起來有些離奇古怪,所以有許多科學家難以接受。根據波普拉維斯基的新的數學模型,黑洞吸收看似破壞的物質,實際上在黑洞內被驅逐出去,成為另一世界中星系恆星和行星的基礎物質。




宇宙誕生於白洞 新理論可解謎團

波普拉維斯基表示,黑洞為蟲洞的概念或許能解釋現代宇宙學的某些謎團,例如宇宙大爆炸理論認為,宇宙是以奇點為起點開始演變的,不過這種奇點是如何在大爆炸後的第一時間形成?科學家對此並沒有一個合理的解釋。波普拉維斯基指出,如果我們的宇宙誕生於白洞而非奇點,將會解決黑洞奇點這道難題,而大爆炸奇點也將迎刃而解。

另外,還可以用蟲洞解釋伽瑪射線爆發的成因。伽瑪射線爆發是宇宙中強度第二大的爆炸,僅次於宇宙大爆炸,伽瑪射線爆發發生於已知宇宙的邊緣,似乎與遙遠星系中的超新星 (即恆星爆炸)存在聯繫,但準確來源至今仍是一個謎。波普拉維斯基認為,伽瑪射線爆發可能是另外一個宇宙在釋放物質,這些物質也許通過那些星系中心的超大質量黑洞逃到我們的宇宙,但目前仍不清楚整個過程是如何發生的。




子宇宙繼承母宇宙旋轉特性

波普拉維斯基坦言,「這個概念有點兒瘋狂,但結果誰又知道呢?」對於波普拉維斯基的新公式,其他科學家則表示,目前至少有一種辦法可以驗證波普拉維斯基的理論,即宇宙中的一些黑洞旋轉,如果我們的宇宙誕生於一個同樣旋轉的黑洞,那麼宇宙就應該「繼承」「母宇宙」的旋轉特性。◇

黑洞是宇宙間的通道

 

根據一個離奇古怪的新理論,黑洞其實是宇宙間的通道——一種蟲洞。從理論上講,蟲洞是連結白洞和黑洞的多維空間隧道,無處不在,但轉瞬即逝。這種理論認為,黑洞吸收的物質沒有如預測的那般被破壞成一個點,而是在黑洞的另一端噴湧出一個『白洞』。所謂白洞是廣義相對論預言的一種與黑洞相反的特殊天體。

 

美國印第安納大學物理學家尼克蒂姆-波普拉維斯基(Nikodem Poplawski)日前在《物理快報B輯》上發表了一篇論文,文中提出了一種新的數學模型,用以描述墜入黑洞物質的螺旋運動。按照波普拉維斯基得出的方程式,這種蟲洞是『時空奇點』的切實可行的替代物,著名物理學家阿爾伯特-愛因斯坦預測『時空奇點』存在於黑洞的中心。

 

根據愛因斯坦廣義相對論方程式,奇點形成於特定區域內物質過於稠密的時候,所以,這種事情可能會發生於黑洞的超密度中心。愛因斯坦的理論認為,奇點不佔用任何空間,密度無限大,溫度無限高——這一概念得到了大量間接證據的支持,可由於聽上去離奇古怪,使得許多科學家難以接受。

 

如果波普拉維斯基的理論最終被證明是正確的,這些科學家可能會改變他們的立場。根據新的數學模型,黑洞吸收並看似破壞的物質實際上被驅逐出去,成為另一世界中星系、恆星和行星的基礎物質。波普拉維斯基表示,黑洞為蟲洞的概念或能解釋現代宇宙學的某些謎團。例如,宇宙大爆炸理論認為,宇宙是以奇點為起點開始演變的。

  

諸多謎團或迎刃而解

 

不過,這種奇點是如何在大爆炸後的第一時間形成的,科學家對此沒有一個合理的解釋。波普拉維斯基指出,如果我們的宇宙誕生於『白洞』而非奇點,『將會解決黑洞奇點這道難題,而大爆炸奇點也將迎刃而解。』另外,蟲洞或許還能解釋伽瑪射線爆發的成因。伽瑪射線爆發是宇宙中強度第二大的爆炸,僅次於宇宙大爆炸。

 

伽瑪射線爆發發生於已知宇宙的邊緣,似乎與遙遠星系中的超新星(即恆星爆炸)存在聯系,但准確來源還是一個謎。波普拉維斯基認為,伽瑪射線爆發可能是另外一個宇宙在釋放物質,這些物質也許通過那些星系中心的超大質量黑洞逃到我們的宇宙,雖然尚不清楚整個過程是如何發生的。

 

波普拉維斯基說:『這個概念有點兒瘋狂,但結果誰又知道呢?』目前至少有一種辦法可以驗證波普拉維斯基理論是否正確:宇宙中的一些黑洞旋轉,如果我們的宇宙誕生於一個同樣旋轉的黑洞,那麼宇宙應該『繼承』了這個『母宇宙』的旋轉特性。據波普拉維斯基介紹,如果未來的實驗證明宇宙以其偏愛的方向旋轉,這將是支持他的蟲洞理論的間接證據。

 

物理學家表示,蟲洞理論或許還有助於解釋宇宙某些特征源於理論預測的原因。根據標准物理學模型,在大爆炸以後,宇宙的彎曲度應該隨時間增加,所以在137億年過後,我們應該處於一個封閉、球形宇宙的表面。然而,大量觀測數據表明,宇宙四面八方都是扁平的。此外,來自早期宇宙的光線數據表明,在大爆炸剛發生後,宇宙中一切物質的溫度都大體相同。

 

這意味著,我們在宇宙相反水平線看到的最遙遠天體曾經距離我們的宇宙非常近,以致相互作用,達到均衡,就如同封閉密室中的氣體分子一樣。觀測結果之所以再度與科學家的預測不相符,是因為在已知宇宙中,距離最遠的天體相隔如此遙遠,以致以光速在兩者之間旅行所花的時間超過了宇宙的年齡。為說明這種差異,天文學家提出了膨脹概念。膨脹理論認為,在宇宙形成後不久,它經歷了一個快速成長期,在此期間,太空本身以快於光速的速度膨脹。

  

『外來物質』誘發宇宙膨脹

 

膨脹在瞬間將宇宙從不到一個原子大,迅速拉伸至是原來大小的天文數字比例。宇宙因此顯得扁平,因為從我們的角度看,我們所處的球體無比龐大——正如對於站在一望無際田野上的人來說,球狀地球看上去扁平的。膨脹理論還能解釋如今相距遙遠的兩個天體,在過去距離非常之近,足以相互作用的原因。

 

但是,假設膨脹理論是正確的,天文學家總難以解釋清楚引起宇宙膨脹的原因。正是在這種背景下,新蟲洞理論誕生了。據波普拉維斯基介紹,一些膨脹理論之所以宣稱宇宙膨脹是由『外來物質』引起的——這種科學家假設的物質不同於正常物質,一定程度上是因為『外來物質』被排斥而非被引力所吸引。

 

基於他的方程式,波普拉維斯基認為這種外來物質可能形成於第一批超大質量恆星崩潰變成蟲洞的時候。他說:『形成蟲洞的外來物質和引發宇宙膨脹的外來物質之間可能存在某種關系。』實際上,波普拉維斯基並不是科學界提出其他宇宙存在於黑洞內的第一人。美國亞利桑那州立大學理論物理學家達蒙-伊森(Damien Easson)在以前的研究中也做出了這種猜測。

 

他沒有參與波普拉維斯基的最新研究。伊森在談到波普拉維斯基的方程式時說:『這一理論新鮮之處在於提出廣義相對論中的蟲洞解決方案,即蟲洞充當了外部黑洞通向內部新宇宙的通道。在我們的研究中,我們只是提出這種方案可能會存在,但波普拉維斯基發現了真正的解決方案。』

  

新理論未解決根本問題

 

盡管如此,伊森在一封電子郵件中稱,蟲洞理論依舊存在諸多疑問:『這一構想可能嗎?可能。這種假設可能嗎?這我不清楚。但它肯定是令人感興趣的理論。』伊森指出,量子引力(研究亞原子水平下的引力)的未來發展或能精進這些方程式,支持或反駁波普拉維斯基的理論。

 

美國加州大學戴維斯分校物理學家安德烈斯-阿爾布雷希特(Andreas Albrecht)表示,總體而言,蟲洞理論令人很感興趣,但在解釋宇宙起源問題上難稱突破。阿爾布雷希特也沒有參與波普拉維斯基的研究。他認為,蟲洞理論認為我們的宇宙形成於『母宇宙』噴射的物質,這只是將該創世事件過渡到另一個世界。換句話說,該理論未能說明『母宇宙』是如何形成的,以及它為何具有那些特性——即我們宇宙繼承的特性。

 

他說:『我們正嘗試解決一些確實緊迫的問題,目前尚不清楚這些問題是否能提供一個解決之策。』阿爾布雷希特並未覺得蟲洞理論比黑洞奇點理論離奇,他警告人們不對新理論展開深究,因為它聽上去還有些道理。阿爾布雷希特說:『在這個領域,人們提出的任何問題都十分離奇。你不能說不離奇的概念會贏得勝利,因為大千世界無奇不有。』

 


參考資料
如果你接近黑洞的中心,黑洞的引力效應——「潮汐力」,會把任何物體撕碎,這過程稱為意大利粉化。
會通去邊?

正常來說是不能通到其他地方的,只會墜入黑洞奇點,成為黑洞的一部分。
但亦有人認為墜入黑洞後會穿過蟲洞(又稱灰道)並由稱為「白洞」的地方出來。
簡單的來說,白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞。
進入黑洞的物質,最後應會從白洞出來,出現在另外一個宇宙。
由於具有和「黑」洞完全相反的性質,所以叫做「白」洞。
目前天文學家已經實際找到黑洞,但白洞並未真正發現,還只是個理論上的名詞。
所以白洞的存在性還有待商確

 

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