黑洞和白洞黑洞和白洞的信息
1。编者按：正与负、阴与阳、黑与白、天与地，万事万物是如此的和谐，宇宙间的一切奥妙都穷尽于此。当黑洞吞食着一切物质的时候，白洞则将物质迸射而出。一张一弛，这也许就是宇宙的本原。
在爱因斯坦的广义相对论中预言到了两种天体，一个是人们早已熟知的黑洞，另一个则是人们比较陌生的白洞。 20世纪60年代以来，由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续发现了许多黑洞性质的天体。如天鹅座X--1星和御夫座e星的伴星就是两个典型的例子。众所周知，黑洞是一种极为奇特的天体，它能够把包括光线在内的一切物质都吸入自己的体内，所以黑洞在宇宙中是不会发光的，但是即使如此，天文学家们却依靠射电红外望远镜观...全部
1。编者按：正与负、阴与阳、黑与白、天与地，万事万物是如此的和谐，宇宙间的一切奥妙都穷尽于此。当黑洞吞食着一切物质的时候，白洞则将物质迸射而出。一张一弛，这也许就是宇宙的本原。
在爱因斯坦的广义相对论中预言到了两种天体，一个是人们早已熟知的黑洞，另一个则是人们比较陌生的白洞。
20世纪60年代以来，由于空间探测技术在天文观测中的广泛应用，人们陆陆续续发现了许多黑洞性质的天体。如天鹅座X--1星和御夫座e星的伴星就是两个典型的例子。众所周知，黑洞是一种极为奇特的天体，它能够把包括光线在内的一切物质都吸入自己的体内，所以黑洞在宇宙中是不会发光的，但是即使如此，天文学家们却依靠射电红外望远镜观测到了它们，并大胆的假设黑洞是恒星衰亡后留下的残骸。
世上的万物都是具有双重性的，有黑洞就有白洞。依据广义相对论的预言，白洞的一切性质都是与黑洞相反的，黑洞是“吸”，白洞是“吐”，因此，对于观测白洞来说比观测黑洞要容易得多。经过白洞前的光线及一切物质都会被白洞的强大排斥力喷射出去，使其改变原有的运动方向，向着白洞的对面运行。
所以我们可以认为白洞是一种发光的物体，并且是一种发光力极强的物体。我认为，现在困扰天文学家的类星体就是白洞，因为类星体是一种与其他任何天体都不相联系的新天体，在巳知的天体射电源中约有25％是类星体，它们有许多地方使人震惊。
一般的类星体比整个星系小得多，有的甚至只有星系直径的十万分之－，可是又比星系亮得多。在一般类星体的周围都会有物质喷射的现象，并且它们的射电源的一部分与一个光学喷射体相重合，而射电源的尺度比较小，能量却极为巨大。
在对类星体的光学研究之后得出了一个惊人的信息，它们的光谱有巨大的红移，有的甚至达到了0．367之巨。鉴于以上几点。这个在光学上像恒星，亮度惊人且变化迅速并有着巨大的红移和发射线，但体积却很小的类星体就成了一个谜。
然而我却认为运用白洞的知识来解释类星体能够更好一些。我们可以假想一幅图画：如果自己就站在白洞前面，根据广义相对论的定理，你会看到一束从远处射来的光线被白洞远远的喷射出去，喷射的光线多了，自然白洞也就越来越亮，在宇宙中传播的距离也就越来越远，因为射电也是一种物质，所以白洞也就可以像喷射光线一样来喷射射电了。
白洞的体积有大有小，但大体上与恒星相同，这是它与黑洞仅有的几个相同点之一。如果不在特殊情况下，深处星系以及有光源的天体内部的白洞才能被很好的观测到，这些迹象表明，白洞很可能是类星体。爱因斯坦在广义相对论中阐明了黑洞和白洞都是能量极大的天体，这与类星体的性质也是不谋而合的。
几乎所有的类星体的光谱都有巨大的红移，这是人们发现它的最大特点之一。
根据哈勃定理推算，最远的类星体达到200亿光年！也就是说，如果类星体是白洞的话，很有可能白洞就处在宇宙的边缘。如果是这样，有的类星体距离我们却只有30亿光年，这难道不矛盾吗？我认为宇宙并不是完完整整的圆形“气球”，而是犹如一个在太空中漂浮的小水滴一样表面凹凸不平，以至干产生了处在宇宙不同边缘的、距离我们较近或较远的白洞。
也许正是宇宙间黑洞与白洞之间的这一“吸”一“吐”，才使得我们的宇宙能够平稳并和谐地发展下去。关于类星体的一些知识还是常常困扰着科学家们。我想，“什么是白洞”这一科学问题终会随着天文学的不断发展而有一个较为科学的解释。
2。义相对论认为，黑洞就是宇宙中这样一种区域，进入那里的一切物质将被高度凝聚，那里的引力惊人之大，任何物质都无法逃逸，甚至连光和时间也不例外，譬如：黑洞中，宇宙尺度相当于人类太阳系大小的宇宙空间里，所凝聚的质量则相当于３０亿个太阳的质量。
天文学家无论用哪一种望远镜都无法测知这一巨大质量，只有根据间接征兆才能发现它，天体物理学家把这种天体称为黑洞。
巨大无比的物质漩涡朝向直径几百乃至几千光年长的星系螺旋体旋转扭动。
这个物质漩涡从外部向螺旋体中心急剧凝聚，离旋心越近，物质漩涡的旋转速度就越大。物质漩涡一旦进入黑洞中心，便立刻荡然无存。目前已搞清，在黑洞中心区有一种类似漩涡状的东西，凡进入这里的一切物质，哪怕是光和能均被吸入而不可自拨，最终消失得无影无踪。
前不久，美国科学家借助哈勃太空望远镜和安装在夏威夷群岛上的两部大功率天文望远镜进行了详细观测和研究，从而得出一个结论：宇宙中的每一个星系，包括我们的银河系在内都有自己的黑洞。每一个星系的黑洞位于星系的正“中心”，多半情况下 黑洞的质量跟该星系中所有其他天体的质量之和成正比。
此外，科学家还发现，有一条环状物紧紧环绕在黑洞周围，从而形成一条清晰的界圈。飞驰运动的物质漩涡在运动途中可能会损失掉部分物质，不过，它一旦接近这一黑洞界圈，便再也不可能逃逸掉，天文学家将这一黑洞界圈称为“悲剧界圈”，困为凡进入黑洞“悲剧界圈”的任何事物都无法查知和研究，这犹如处于地平线以下的一切物体都无法看见一样。
发现这黑洞界圈，即黑洞“悲剧界圈”的是美国马萨诸塞州剑桥施密特科研中心的一组研究人员。这里的科学家们认为，这一重大天文学发现是黑洞客观存在的无可辩驳的佐证。
今天，科学家们才真正搞清，黑洞至少分为两类：一类是恒星级黑洞，另一类是星系级黑洞。
恒星级黑洞较小，它是由质量大于５０个太阳质量的巨星演化而成的，其自身燃料消耗殆尽且与外壳分离后将坍缩成直径１５米至２０千米的星体，最终变为黑洞。在大多数情况下, 巨星如此坍缩的结果，将变成十分质密的中子星，但有时也变成黑洞，一旦在星际空间形成黑洞，它飞经途中所遇到的一切――气体、尘埃、小行星或行星的碎块，统统将被其吞噬掉。
如上所述，黑洞通常是看不见的，只有通过计算机模拟方能发现它们。
3。慕尼黑附近的马克斯。普朗克太空物理学研究所的赖因哈德。根策尔说,他仍对有绝对的证据表明黑洞存在的说法持审慎态度。
他对记者说,“但是这种审慎态度得到了迄今存在的最好的证据的支持。”
在过去的20年中越来越多的证据表明一个巨大黑洞的存在, 这是一个能够把物质吸过去的物体,它的密度很大,连光都无法逃逸。
发现黑洞的唯一手段是观察它对其他物体的重力效应。环绕银河系中心运转的恒星的瞄准线矢量可以说明黑洞的存在,但没用证据来证实这一点。自1992年起,马克斯。普朗克研究所的科学家们在同瞄准线矢量成直角时测定了银河系39颗恒星的“适当”运动。
他们在>杂志上公布了这一消息。
他们的观测结果证实了恒星在圆形轨道上围绕质量很大带有万有引力的中心物质运动的假说。如果这些轨道是不规则的,那么这块中心物质就会小得多。根策尔说不,“这些测量的独特之处在于: 我们能够如此接近中心物体并测试这些恒星的矢量。
”
研究表明,这个中心暗物质的质量比太阳大250万倍。他说,“我为什么对于有绝对证据的说法犹豫不定呢?这是因为在我们做进一步研究之前, 我们要让全世界的同行们都知道这一消息并对它进行验证。
”
4。北斗七星的旁边，大熊座的“熊头”附近，有一个形状不伦不类的M82星系。直径达1200万光年的M82星系，有一条黑色缝隙横贯其中，所以它得到了一个“破裂星系”的绰号。这条黑色缝隙实际上是一个由混杂尘埃的气体构成的，而M82星系本身是一个标准的“透镜”型星系。
M82星系具有显著的特征，其中心部位以超过别的星系数千倍的速度诞生着新的恒星。最近在被称为“星爆”的M82星系中，天文学家发现了奇异的天体。
5。人们对黑洞的观察已花费了不少心血，而根据广义相对论，又有人提出了一种“白洞”理论。
人们发现，类星体的个头不大，但亮度极高，于是猜测其中心可能有一个白洞。
黑洞的一个特点是，它在自己的周围形成了一个封闭的边界。这个边界是只许进不许出。白洞也有一个边界，它吸引外界物质和辐射只能到这个边界，并不能通过边界而进入白洞，可是白洞内物质和辐射不受边界限制。
因此，白洞像个源泉，不断地像外部喷射物质。正因为它“只进不出”的特点，使它成为一个可见的天体。
白洞“只进不出”，那么它的物质不会枯竭吗？如果不枯竭，那么这些物质从何而来呢？有人提出一种设想，白洞与黑洞是相通的，它们之间有一条通道，叫做“蛀洞”。
正是这条通道，把黑洞吸集的物质，运到白洞喷发出去。美国天文学家认为，蛀洞这一通道可能使我们与其它的宇宙相连。
那么，白洞是怎样形成的呢？著名的英国天体物理学家霍金认为，白洞有“自发蒸发”现象，它会使白洞质量减小。
小白洞在很短的时间内就蒸发干净，大白洞则需要时间较长才可蒸发干净。蒸发过程中，质量不断减少，且随质量的减少加速蒸发。最后发生一种反收缩方式的猛烈爆发，这与黑洞很类似。这是否意味着，黑洞的终结是白洞的开始。
总的来说，白洞和蛀洞还只是广义相对论的一个数学结果，还未得到证实，而且就理论自身来看，也还有许多问题要解决
6。暗物质
现代宇宙学尚未解决的问题之一是所谓下落不明的质量。
对星系运动的观测表明,“可见”物质（无论是在光学、射电、红外或X射线波段可见）只占总质量的一部分。可以举一个简单的例子来描述这个问题。许多星系聚集成团，形成束缚的引力结构，并不散开到周围的宇宙介质里。
如果这些星系团只由可观测到的单个星系和星系际气体组成，则引力将不足以使它们聚集在一起，因此就必然存在暗物质，在电磁辐射这种形式上是不可见的，但是能提供引力以维持星系团的存在。
黑洞显然是这种暗物质的候选者（最新的说法是“褐矮星”，有时被不大礼貌地称为“衰败星”，指的是质量小到只有太阳的百分之一，因而核心不能发生热核反应的暗弱天体。
关于微透镜的观测计划的基本目的正是要找到这种星），但是，各种由观测得出的制约排除了大量巨型黑洞聚集的可能性（如在第门章将要看到的，很可能所有星系的核心都有一个质量很大的黑洞，但要解决下落不明的质量问题，在星系核外就还得有许多巨型黑洞）。
比如说，如果质量远大于100万M的黑洞存在于旋涡星系的晕里，即在聚集着绝大部分可见物质的星系核球和星系盘（见第17章）之外，这种黑洞的存在将至会以两种方式表现出来：第一，它们将作为引力透镜而使遥远恒星的像多重化；第二，它们将使星系盘中恒星的速度增大，因而使盘变厚。
然而这些现象都从未被观测到。
另一方面，质量为100万M的原初黑洞存在的可能性并未被排除。绝大多数星系都是在宇宙历史的早期形成的，其核心的黑洞也可能是原初型的，甚至有可能黑洞正是使星系得以形成的种子。
7。天文学家们今天报告说，他们首次发现了“事界”存在的直接证据---虽然“事界”是物理学领域最怪诞的概念之一。视界实际上就是黑洞的边缘，任何物质都有可能落入它的非常明晰边界，物质或能量一旦落入这种有去无回的黑洞，就会永远从宇宙中消失。
当然，迄今无人能对这个问题作出确切的解释，但是理论学家们推测，落入黑洞的物质和能量会在宇宙的其他地方重新出现，也许会在其他宇宙出现。
马萨诸塞州坎布里奇哈佛--史密森天体物理学研究中心的拉姆什。
纳拉扬领导的研究小组发现了温度超过１万亿华氏度的气体落入一个黑洞中，这是迄今在宇宙中发现的温度最高的气体。
天文学家们说，他们的发现是对认为存在黑洞的理论相当有力的支持。 黑洞是由密度极大的物质的坍塌构成，其引力巨大，任何物质甚至连光也都无法逃逸。
科学家们曾经在很长时间里认为黑洞只不过是个奇特的数学问题。然而近年来， 诸哈勃望远镜等新型观测仪器获得了一系列有说服力的证据，证明黑洞确实存在。 就连以前对此持怀疑态度的一些人也说，如今大约有９５％的专家们已经接受黑洞存在的理论。
密歇根大学的道格拉斯。里奇斯通领导的一个国际专家小组今天发表的另一项报告说，新近发现的３个黑洞是目前仍在进行的对银河系附近的其他星系开展研究所取得的初步成果。他们说，此项研究成果是迄今获得的越来越多的证据中的又一重要内容。
迄今获得的证据包括：黑洞在宇宙中大量存在，并在宇宙的演化过程中发挥着重要作用；黑洞以不同的面积、类别、时间和距离分布在从地球所在４的银河系到目前所知的最遥远的宇宙的范围内。
这个小组发现的黑洞使目前的黑洞总数达到１１个。
他们利用哈勃望远镜和设在夏威夷的天文望远镜观测过往的星球和物质因受到黑洞的巨大引力的影响而突然加速的现象。
他们发现的这３个黑洞的质量约相当于5000万至５亿颗太阳（另外一些黑洞的质量估计相当于数十亿颗太阳）。
其中两个黑洞位于狮子星座，另外一个黑洞位于室女星座。这３外黑洞与地球的距离都在5000万光年以内。天文学家们说，他们对银河系附近的２７个星系进行的研究取得的初步结果表明，几乎所有的星系都有可能存在着超级黑洞。
里奇斯通领导的天文学家小组利用数颗X射线卫星收集到的数据对距离地球约１万光年、位于天鹅星座的Ｖ４０４Ｃｙｇ双星系进行了研究。 那里一个据认为是黑洞的密度极大的物体正把其伴星吸引过去。
纳拉扬说， 他和普林斯顿高级研究所的一位同行运用新近创立的一种模式对物质可能落入黑洞进行研究。根据这种模式，物质在被黑洞吸引过去的过程中， 在温度逐渐增高的同时仍然保留着它的全部能量，即不是释放能量，而是变得越来越热。
天文学家们说，利用这种模式可以对以前观测到的许多难以理解的现象作出解释。 纳拉扬说，利用这种模式还可以对黑洞和其他物体加以区分。
8。黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。
所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。
而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。
说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。
那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。
所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。
如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。
而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。
例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。
可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。
所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。
这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。
不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。
白洞
黑洞就象宇宙中的一个无底深渊，物质一旦掉进去，就再也逃不出来。根据我们熟悉的“矛盾”的观点，科学家们大胆地猜想到：宇宙中会不会也同时存在一种物质只出不进的“泉”呢？并给它取了个同黑洞相反的名字，叫“白洞”。
科学家们猜想：白洞也有一个与黑洞类似的封闭的边界，但与黑洞不同的是，白洞内部的物质和各种辐射只能经边界向边界外部运动，而白洞外部的物质和辐射却不能进入其内部。形象地说，白洞好象一个不断向外喷射物质和能量的源泉，它向外界提供物质和能量，却不吸收外部的物质和能量。
白洞到目前为止，还仅仅是科学家的猜想，还没有观察到任何能表明白洞可能存在的证据。在理论研究上也还没有重大突破。不过，最新的研究可能会得出一个令人兴奋的结论，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身！也就是说黑洞在这一端吸收物质，而在另一端则喷射物质，就像一个巨大的时空隧道。
科学家们最近证明了黑洞其实有可能向外发射能量。而根据现代物理理论，能量和质量是可以互相转化的。这就从理论上预言了“黑洞、白洞一体化”的可能。
要彻底弄清楚黑洞和白洞的奥秘，现在还为时过早。
但是，科学家们每前进一点，所取得的成绩都让人激动不已。我们相信，打开宇宙之谜大门的钥匙就藏在黑洞和白洞神秘的身后。
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