宇宙中的三种“洞”:黑洞,白洞和虫洞,它们各有什么特点?

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”一般指的是“洞窟”,也有“透彻”“清楚”的含义,在日常生活中存在很多的“洞”,在物理学中也存在三个特殊的“洞”,其中最广为人知的就是“黑洞”,另外两个洞你知道是什么吗?

首先我们从黑洞开始说起,因为另外两个“洞”也和黑洞有关。黑洞是广义相对论中预言的一种天体,这种天体的引力很强,制造出的时空曲率强大到了光都无法从它的引力场中逃脱。天文学家卡尔·史瓦西在计算爱因斯坦方程的时候得到了一个真空解,这个解表明任何有质量的物体都存在一个临界半径特征值。

一个存在质量的球形物体实际半径小于它的史瓦西半径时,这个物体就会变成一个黑洞,地球的史瓦西半径半径大约是9毫米,也就是说把整个地球压缩成一个半径九毫米的小球,地球就会变成一个黑洞,我们可以想象一下,整个地球被压缩成这么小一个球,密度会有多高,把地球压缩成这么小的一个球,难度超乎想象的高。

宇宙中的黑洞是怎么形成的?从现在的理论来看,大部分黑洞都是源自于恒星的演化,恒星在演化末期内核中的氢元素被消耗一空,恒星的内核停止核聚变反应后会在引力的影响下向内坍塌,恒星的质量越高内核就越大,恒星的质量达到太阳质量的3倍以上时,演化末期时内核就会形成一颗黑洞。

除了大质量恒星会在演化末期产生黑洞,科学家认为在宇宙诞生的初期,宇宙的温度和压力都比现在更高,这可能会直接促使一些黑洞诞生,这种黑洞被称为“原初黑洞”。

对于整个宇宙来说,黑洞的存在还是很重要的,因为科学家发现,每一个像银河系这样的星系内部都存在一个“超大质量黑洞”,这个黑洞一般位于星系的中心位置,它的引力再加上周围被吸引过来的星系物质维持着星系的稳定,我们银河系中心的黑洞质量大约是太阳的200万倍。

黑洞本身其实是一个致密的天体,也就是我们常说的“奇点”,不过这个奇点产生的引力太强大了,把周围的时空扭曲到了一种我们难以想象的地步,黑洞所处的空间就像是一个“洞”,周围的物体在靠近黑洞的时候,就像是跌落进入一个无底的深渊一样,再也无法从黑洞的引力场内离开。

黑洞在诞生后也会发生变化,科学家就发现过很多次黑洞吞噬恒星,一颗恒星被黑洞的引力俘获后,黑洞会像“吸面条”一样,把恒星给吃的一干二净,黑洞相遇的时候,也会彼此吞噬,最终变成一个更大的黑洞,总的来说黑洞就是一个“贪吃鬼”,任何靠近黑洞的物体都会被它给“吞噬”,不过这都是因为黑洞的引力太过于强大。而在相对论中认为,引力并不是一种力,而是物质对时空产生的影响,只能说黑洞中致密物质的状态脱离了正常物质的范畴。

广义相对论不仅仅预言了黑洞的存在,还预言了一种和黑洞类似,性质有完全相反的天体——白洞。

和黑洞比起来,白洞的很少有人知道,不过白洞一点不比黑洞逊色,白洞同样是一个强引力源,它的外部性质和黑洞相差无几,不过白洞的性质和黑洞完全相反,任何物体进入黑洞的“视界范围”后就无法离开,而任何物质都无法进入白洞的边界,只能聚集在白洞的边界形成物质层,这些物质在白洞引力的影响下相互挤压,发出耀眼的光芒,因此从外界来看白洞十分明亮,这一点也和黑洞完全相反。

白洞是宇宙中的“喷射源”,从白洞的内部会不断地向外产生能量和物质,但是白洞本身不会吸收任何来自于外界的辐射,任何物质和能量都不无法进入白洞的内部。黑洞是只进不出,白洞是只出不进。

目前白洞还只是一个理论模型,用来解释宇宙中一些暂时无法解释的天文现象,比如说有一种观点认为,类星体的内部就是一个白洞,一些宇宙射线的产生可能就是白洞在喷射物质的时候,喷射出的物质和白洞外部的物质层碰撞产生的,从本质上来说,黑洞和白洞都是科学家根据相对论得出的“假想”天体,也是比较完善的数学模型,目前黑洞已经被证实存在了,而白洞难以观察,还没有被确定存在。

除了黑洞和白洞之外,宇宙中的第三种“洞”就是科幻电影中经常出现的“虫洞”。

虫洞也被叫作“灰道”和“爱因斯坦-罗森桥”,比起黑洞和白洞来说,虫洞真的是一种洞,不是致密天体,它是连接两个遥远时空的隧道,通过虫洞我们甚至可以穿越到平行宇宙,实现“时空旅行”。

虫洞被称为“时空洞”更合适一些,引力是物质对时空的影响,星系的旋转和引力可能会短暂地造成虫洞的出现,不过在宇宙中,几乎只有黑洞这样强大的引力场才有可能造成虫洞的出现,同时和白洞也有一些关系。

虫洞可能会作为联通黑洞和白洞之间的通道出现,既然任何物质都无法进入白洞,那么白洞喷射出的物质到底是从什么地方来的呢?答案就是黑洞,被黑洞吞噬的物体,可能有一部分到达黑洞内部后,变成基本粒子,然后通过白洞辐射了出去。如果真的是这样的话,那么每存在一个黑洞,在遥远的星系外,也会诞生一个白洞。

甚至白洞的另一端的黑洞不在我们的宇宙,而是在另外一个平行宇宙中。不过,白洞和虫洞的存在都是推测的,目前还没有直接证据证明这两个“洞”真的存在于我们的宇宙中。

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