白洞

黑洞的镜像：怎样才能造出一个，以及它会是什么样

这是一个假想：物理在纸面上允许它存在，但从没有人见过。所展示的一切都遵循现有理论。

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一个黑洞，倒放

广义相对论的方程无论时间朝哪个方向流动都同样成立。把黑洞的故事倒放，你就得到白洞：什么都进不去、还会向外抛出物质的东西。

黑洞是任何东西，连光也逃不出来的地方。爱因斯坦的方程不在乎时间朝哪边流，所以它们有一个镜像解：白洞，东西从里面出来，却没有什么能进去。伊戈尔·诺维科夫在1964年提出，这样的天体可能真的存在。

从远处看两者相似。白洞外面的引力与同质量的黑洞外面一样，所以光绕着它弯曲的方式相同，行星绕它运行的方式也相同。区别在边缘：在黑洞的视界，一切向内，在白洞的视界，一切向外。

从来没有发现过白洞。这里的一切都是理论：图中是一个十个太阳质量、直径59千米的黑洞，后面是方程对它镜像所说的内容。

一张地图，四个区域

爱因斯坦方程对孤立黑洞的完整解包含四个区域：我们的宇宙、一个黑洞、一个白洞和另一个宇宙。白洞在过去，黑洞在未来。

1960年克鲁斯卡尔和塞凯赖什找到了黑洞周围空间的完整地图。画成光总是沿45度传播的图，它是一个被两条对角线分成四个三角形的正方形。我们的宇宙在右边，时间向上流动。

从我们的宇宙落进去的一切，都进入上方的区域，即黑洞。所有曾经从白洞出来的东西，都是从下方的区域，即过去出来的。我们宇宙中没有什么能进入白洞，因为那意味着回到过去。

坍缩的恒星造成的黑洞没有白洞区域：恒星的表面切断了地图，白洞和第二个宇宙从来不在那里。所以白洞需要有它自己怎样形成的故事。

怎样才能造出一个

已知的东西都造不出来。一个想法：坍缩的恒星达到量子引力所允许的最致密状态，发生反弹，黑洞变成白洞。反弹是画出来的。

爱因斯坦的理论说，黑洞中的物质坍缩成密度无限大的一点，几乎没有人相信这一点。圈量子引力，一种把引力与量子物理结合起来的尝试，说空间不能被压缩到某个最小尺寸以下，所以坍缩会停止并反弹：一颗普朗克星。

另一个想法更早。诺维科夫在1964年提出，早期宇宙的某些区域落后于膨胀，晚些时候作为白洞爆发。罗韦利和维多托在2018年论证，蒸发掉的黑洞的微小残留可能是白洞，构成暗物质的一部分。两者都没有被见到过。

最后的千分之一秒

恒星坍缩成黑洞时，它的表面从远处看，向视界爬去，变红，并对十个太阳每隔四分之一毫秒暗淡一个e倍（埃姆斯和索恩，1968年）。倒放，就是一个正在打开的白洞：一个暗盘，然后是一点暗红的光，渐渐变亮，变成蓝白色。

这是一个精确解，尘埃球的坍缩倒放（奥本海默和斯奈德，1939年）。恒星的表面会从阴影中出来，起初恰在视界上，然后越来越高，直到整个阴影充满光。

所以阴影不会长久保持黑色：本会被困住的光可以从白洞出来。这一步的每个部分都是根据方程画出的。没有人见过类似的东西。

它维持不久

没有什么能落进白洞，但附近的一切都在试。1974年埃德利证明，落向它的光会堆积在它的边缘，获得无限的能量，把它变成黑洞。

白洞的视界只能离开，绝不能反方向穿过。但外面的物质和光仍朝它运动，被它的引力吸引，却进不去。于是它们聚集在视界处，像关着的闸门前的车流。

从白洞出来的物质看去，这群迟到者被挤压在一起，无限地蓝移。道格拉斯·埃德利在1974年证明，即使最微弱的落入也带有足以让白洞坍缩成黑洞的能量。同一年泽尔多维奇、诺维科夫和斯塔罗宾斯基发现了来自量子效应的第二种不稳定性。

所以人们不指望有永恒的白洞：如果有一个形成了，它会是短命的。这里画出的淡蓝色外壳代表落下的光；它是看不见的。

一个你可以搭建的白洞

你可以为波做一个白洞。2011年魏因富特纳和同事在水槽中让波逆着一股快流前进：在水流超过它们的地方，它们被挡住了，就像光在白洞的边缘一样。

水面波的速度取决于它们的波长。让水在一个平滑的隆起上流得更快，逆流而上的长波会减慢，直到水流与它们的速度相当。在那里它们无法前进：一个波无法越过的边缘，就像光对白洞的视界。

在那个边缘，长波被转换成短波，类似光在白洞处的遭遇。西尔克·魏因富特纳的团队在2011年测量了它（《物理评论快报》），发现这种转换具有霍金辐射预言的热特征。鲁索及其同事2008年曾在水槽中见到类似的转换。

它不是真正的白洞：没有引力，没有光，只有水。但数学是相同的，所以这样的水槽被用来检验关于黑洞和白洞的想法。这里的波和水流是画出来的。

大爆炸是白洞吗？

在最大的尺度上，大爆炸看起来像白洞：物质从一点迸发。一些物理学家认为我们的宇宙是一个发生了反弹的黑洞的内部。反弹是画出来的。

坍缩的尘埃球的内部是一个倒放的封闭宇宙，正如奥本海默和斯奈德1939年发现的。改为正放，这个球就是一个从一点开始的膨胀宇宙：一次大爆炸。两者是同一套数学，各是对方的镜像。

1972年拉杰·帕特里亚提出，我们的宇宙可能是一个更大宇宙中黑洞的内部。尼科德姆·波普沃夫斯基在2010年提出一个版本：自旋和扭转让每个黑洞内部的坍缩停止，并使它反弹成一个新的膨胀宇宙。

这些是想法，不是结论。我们能测量的任何东西都无法把它们与标准大爆炸区分开，而真实的宇宙是在各处同时膨胀的，不是从一个地方迸发。

有人见过吗？

没有。有些想法说，微小的白洞现在可能正以快速射电暴的形式闪烁，或以暗物质的形式隐藏，但没有任何信号被联系到某一个上。白洞仍留在方程里。

巴罗、罗韦利和维多托在2014年提出，早期宇宙中形成的黑洞今天可能反弹成白洞，并放出一阵射电波。快速射电暴，来源不明的毫秒闪光，其波长与他们的估计相去不远。这是对其成因的一个猜测，背后没有证据。

罗韦利和维多托在2018年论证，普朗克尺度的白洞，即微小黑洞蒸发完毕后留下的东西，可能构成暗物质的一部分。这样的天体太小，无法直接看到。

所以白洞仍在它开始的地方：方程中的一个镜像，没有观测需要它，还有一个它可能不会长久的有力理由。水槽显示数学是对的；自然是否会造出一个仍是未知。

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