白洞、黑洞，對應宇宙的循環，另一個改變宇宙起源的新理論，白洞大爆炸

大家好 我是老明 2006年的6月14日 美國航空航天局NASA的宇燕衛星 突然接收到了一個神祕的信號 這個信號來自16億光年外的印第安星座 這是一個伽馬長報 時長為102秒 通常發現這種長報就意味著超新星爆發了 地面的大型望遠鏡立刻將焦點聚焦在印第安星座 奇怪的事情出現了 這個星座根本就沒有超新星爆發的跡象 如果沒有超新星 到底是什麼形成了這次伽馬報呢 研究進行了5年 2011年 天文學家們提出了一個難以置信的可能性 這也許是人類歷史上第一次觀測到白洞 過去大家只聽說過黑洞 什麼是白洞呢 白洞是宇宙中最大膽的設想之一 如果白洞真的存在 它可能會改變宇宙的起源 讓我們從頭說起 在介紹白洞之前 我們先要說清一個概念 到目前為止 白洞仍然只是愛因斯坦敞方程的一個精確解 它只是一個數學上的猜想 還沒有被科學家們發現 那麼白洞是什麼呢 最簡單的解釋就是 把黑洞的特性抱進來 就是白洞 先說黑洞 黑洞是一個時空區域 光與物質可以進入黑洞 但是無法從黑洞離開 白洞也是一種時空區域 光與物質永遠無法進入這個區域 但是可以從這個區域向外放射 用再簡單一點的話說 黑洞只進不出 白洞只出不進 白洞理論的發展 主要是因為人類發現了類星體 時間要回到1962年 荷蘭天文學家馬爾滕·施密特 發現了一種從未見過的極端的紅移現象 通過計算他發現 恆星移動速度達到了每秒47000公里 接近1⁶的光速 一顆恆星移動的這麼快 這在當時是不可想像的 在很長時間裡 人們都不知道施密特發現的是什麼 直到1964年5月 華裔天文學家邱鴻義 才給這種類型的星體起了個名字 叫類星體 隨著天文觀測手段不斷提高 天文學家發現 類星體的運動速度並沒有那麼快 那為什麼產生了那麼大的紅移呢 是因為施密特發現的類星體 距離地球太遠了 在上百億光年之外 因為宇宙在加速膨脹 離我們越遠的星系 產生的紅移就越大 如果減掉宇宙膨脹的速度 那麼類星體移動的速度並沒有那麼嚇人 然而這個發現使人們更加迷惑了 像一百多億光年以外這麼遠的距離 通常能看到的都是星系 一個小點代表的就是一個星系 但是類星體可不是星系 它的大小更像是一顆恆星 然而它卻能發出一個星系所能發出的光 比如我們銀河系 就是宇宙中一個非常普通的星系 它裡麪包含了兩千億顆恆星 現在一個類星體就發出了兩千億顆恆星的光 這真是太不可思議了 後來科學家們找到了答案 類星體的核心其實就是一個黑洞 當黑洞穿過星際物質雲時 它會將物質向內吸引 在這個過程中會發射強大的伽馬射線 或者是黑洞將一顆恆星撕裂 也會產生數百萬倍於恆星的光 所以類星體實際上是黑洞吞噬物質產生的現象 1964年 前蘇聯宇宙學家伊格爾·諾維科夫 突然提出了一個全新的概念 白洞 並進一步提出了一個科學猜想 類星體會不會不是黑洞而是白洞呢 諾維科夫的理論吸引了很多學者 但是這個想法在當時有點太超前了 當然還有最主要的一個原因 就是這個理論沒有天文觀測的支持 德國著名的天文研究機構 馬克斯·普朗克天體物理研究所宣佈 位於我們銀河系中心的人馬座A型是一個類星體 這是離人類最近的類星體 就在銀河系的中央 所以一大波天文機構開始對人馬座A型展開了研究 經過16年的觀測 天文學家們確認了人馬座A型是一個巨大的黑洞 直徑相當於太陽直徑的31.5倍 質量相當於410萬個太陽的質量 而且它還在不斷的向外噴射著強度非常高的等離子體噴流 要不是因為塵埃雲遮住了銀河的中心 人馬座A型的亮度會超過月亮 每天晚上我們都會看到銀河的中心有一個巨大的火球 成為夜空中最亮的天體 這個時候有的天文學家就想到了維諾科夫的理論 類星體有沒有可能就是白洞呢 因為它的確符合白洞的一種特性 就是向外噴射物質 但是問題沒有那麼簡單 人馬座A型的巨型黑洞正在吞噬一個小型的黑洞 這個過程已經被科學家們觀測到了 噴射出巨量的氣體塵埃雲和等離子射線 這說明黑洞並不是隻進不出 在吞噬過程中它也會向外噴射 所以黑洞也有白洞的特性 這個時候就需要物理學家來解釋了 印度理論物理學家阿拜阿什特塔提出 所有黑洞都可能會變成一個白洞 曾經落入黑洞的物質可以從白洞中反彈出來 這個理論非常重要 這表明黑洞與白洞是可以相互轉換的 時間來到2005年的1月16日 著名科學期刊《新科學人》 刊登了天文學家威廉·範布魯格爾的最新發現 他發現了一個超大質量黑洞噴射出帶電粒子流 居然點燃了氣體雲形成了很多恆星 這張照片就顯示了這一壯觀的宇宙現象 照片中紅色的部分隱藏著一個黑洞 而白色的光環是一個叫做NGC541的星系 中間有很多新生的恆星 這張照片揭示了星系和恆星的誕生 可能與黑洞中噴出的大量物質有關 能噴出物質的黑洞有可能就是白洞 宇宙中的物質也許是由白洞產生的 這就開始顛覆過去宇宙的物質 是從宇宙大爆炸裡產生的理論 現在問題來了 黑洞吸入的物質去哪了 白洞吐出的物質又是從哪來的呢 接下來我們就來介紹最有趣的部分 黑洞白洞與宇宙的關係 早在1930年代 愛因斯坦和他的同事納森·羅森 在研究引力場方程時 就發現了一個奇怪的現象 宇宙中似乎存在著蟲洞 這個科學假設被稱為愛因斯坦·羅森橋 因為在那個時代還沒有黑洞和白洞的概念 所以人們並不知道橋的兩邊到底是什麼東西 後來物理學家和天文學家才發現 橋連接的正是黑洞與白洞 這張圖把時空分成了四個區域 1和4分別代表兩個彼此隔離的宇宙 2代表黑洞 3代表白洞 中間的連接點就稱為什瓦西猴 愛因斯坦·羅森橋連接的是兩個平行宇宙 黑洞從一個宇宙吞噬的物質 會被白洞從另一個宇宙吐出來 有的朋友會說 如果黑洞與白洞負責宇宙內的物質搬運 有那麼多黑洞嗎 事實上宇宙中黑洞的數量多得嚇人 意大利國際高能研究院2022年1月12日 在天體物理學雜誌上撰文 全部可觀測宇宙中大概有40萬億個黑洞 單單我們的家鄉銀河系就有超過1億個黑洞 以下的內容就完全是開腦洞了 我們所處的世界可能有無數個平行宇宙 各個宇宙之間是不能相通的 宇宙與宇宙之間就像是細胞有細胞膜一樣 完全被隔離開了 但是水分和很多物質都可以通過細胞膜進行交換 這種交換是在組織液裡產生的 因為細胞兩端的液體有濃度差 濃度高的液體會向濃度低的方向擴散 那麼各個宇宙之間又是怎麼交換物質的呢 有可能就是依靠引力 引力就像是遍佈所有宇宙的組織液 或者換一種說法 所有的宇宙都泡在引力場裡 各個宇宙的引力差就會促使宇宙之間進行物質交換 而黑洞和白洞就是物質交換的特殊管道 那有朋友會問 我們能否利用愛因斯坦羅森橋進入到其他的宇宙呢 恐怕很難 因為黑洞是個物質粉碎機 所有物質進入黑洞後 都會在起點被擠壓成基本粒子 再從白洞噴出來 就像碎木機一樣 我們當然不希望變成木屑噴出去 我們想做的是活生生的人 開著飛船穿越蟲洞 否則就沒有意義了 但是我們前面提到的印度物理學家阿拜·阿什特卡 卻提出了不同的看法 他認為黑洞與白洞並不是連接平行宇宙的橋 而是時間機器 我們重新看一下愛因斯坦羅森橋圖 黑洞與白洞連接的有可能是過去與未來兩個時空 如果我們進入黑洞 並且有辦法使自己不被起點吸進去 那麼見證歷史的時刻就到了 我們只需要在黑洞裡待上一小段時間 等黑洞變成白洞後 我們就會突然的被白洞吐出來 這一會出來 很可能天上地下換了人間 抬頭一看 可能銀河系都與仙女座星系合併了 時間已經過去了31年 整個宇宙看上去都不一樣了 這就叫做洞中方一日 世上一億年 當然這些都是有趣的科學假想 在節目的最後 我再給大家介紹一個有關宇宙起源的白洞猜想 時間來到2012年的2月2日 以色列天文學家阿隆雷特 在新天文學期刊上發表了一篇文章 他認為宇宙大爆炸其實是一次白洞爆發 原始白洞是黑洞在塌縮後轉化成的 起始點和終止點就是白洞和黑洞的中心起點 阿隆雷特的這段論述 包含了中國先哲老子的邏輯辯證思想 有和無的相互關係 天下萬物生於有 有生於無 現在我們要回到節目的開頭 NASA的科學家們認為 他們可能發現了一個白洞 理由就是印第安星座發生的Gamma暴 並不是超新星爆發產生的 這很像是白洞在向外噴射物質 雖然這還僅限於理論猜想 但是天文學家非常重視白洞理論 位於智利的歐洲南方天文臺 是全球最大的Gamma暴觀測中心 他們時刻都在分析宇宙中的Gamma暴 是不是由白洞產生的 白洞理論是當代天文學中最具想像力 也最讓人好奇的理論 只是這種理論聽上去實在是太玄了 有時會讓我們對所處的世界產生一種虛幻的感覺 著名科學家馬克斯·普朗克曾經說過 科學不能解答自然的最終祕密 因為歸根到底 我們自己也是祕密的一部分 他認為人類連自己是什麼都沒有搞清楚 又怎麼可能去搞明白宇宙的祕密呢 普朗克雖然說的很喪 但是細想之下卻很有道理 好了 今天的故事就分享到這裡 別忘了關注老明的頻道 我們下期節目再聊