银河快报

银河系到底有没有白洞?我曾经半夜想这个问题想到睡不着

说出来你可能不信,我上个月大半夜两点多,突然从床上坐起来,脑子里就一个问题:黑洞我们算是确认了,那白洞呢?银河系里到底有没有这玩意儿?这问题像一根鱼刺卡在喉咙里,不吐不快。

于是我开始翻各种资料,接下来的内容,就是我把自己当成一个认真琢磨这件事的普通人,把查到的、想通的梳理出来,不一定全对,但至少是老老实实讲。

先把概念掰扯清楚:白洞到底是个啥

很多人第一次听说白洞,要么是科幻电影,要么是小时候看《星际迷航》之类的作品,科幻归科幻,物理学上白洞确实有自己的一套说法。

1964年,苏联物理学家诺维科夫(Igor Novikov)在广义相对论的框架下,正经把白洞这个概念提了出来,简单讲,它是爱因斯坦场方程的一组解,跟黑洞解用的是同一套数学工具,只不过时间反演了一下。

什么意思呢?费曼当年讲物理喜欢打比方,我也学他打一个——

黑洞像个宇宙吸尘器,什么都往里吸,连光都跑不出来,白洞则是反过来,像个永远只吐不吞的喷泉,东西只能从里面往外跑,你想进去?门都没有。

更准确一点说,白洞的“事件视界”是单向朝外的,任何物质和光都进不去,但可以从里面喷出来,而且理论上,白洞一开始喷发的时候,奇点就暴露在外面,这在术语里叫“裸奇点”——这个特性让很多物理学家浑身不舒服,因为裸奇点会打破因果律的确定性。

下面是黑洞和白洞的一个简单对比,我一并整理出来,看着更直观。

特性 黑洞 白洞
物质/光流向 只进不出 只出不进
事件视界 单向向内 单向向外
奇点性质 隐藏在视界内部 裸奇点(直接暴露)
观测状态 已直接成像证实 从未被观测到

说实话,整理完这个表我自己也愣了一下——白洞这东西,理论上能写在纸上,可现实中连个影子都没见过。

银河系里找白洞,线索和冷水一起来

既然要回答“银河系到底有没有白洞”,那就得看两件事:第一,理论上它能不能在银河系里形成;第二,我们有没有看到什么蛛丝马迹。

先说形成机制,有些理论物理学家提过一个大胆的猜想:白洞可能是黑洞的“后半生”,黑洞晚期通过霍金辐射蒸发,蒸到最后,也许会突然反转,变成一个向外喷射的白洞,这个想法很迷人,但问题在于——一个太阳质量的黑洞,蒸发完需要的时间是10的67次方年,宇宙现在的年龄才138亿年,差了几十个数量级,也就是说,就算这机制是真的,银河系里也不会凭空冒出一个白洞,时机根本不到。

图1:宇宙演化时间线示意图,标注了黑洞生命周期、白洞可能出现的时间窗口,帮助直观理解白洞在宇宙年龄中“挤不挤得出来”

银河系到底有没有白洞?我曾经半夜想这个问题想到睡不着

另一条路是“原初白洞”——认为大爆炸初期,物质密度剧烈涨落,可能直接压出了白洞,一直残存到今天,这倒没有致命的时间矛盾,但有个很现实的难处:银河系里观测到的伽马射线暴(GRB)、快速射电暴(FRB)这些高能暂现事件,目前全部能用中子星并合、超新星爆发、磁陀星活动来解释,没有一个需要动用“白洞”这个假设。

换句话说,我们没看到那种“说不通、非得用白洞解释不可”的信号。

最接近的一次“疑似案例”,最后也凉了

查资料的时候我注意到一段挺有意思的历史。

2011年,Swift卫星探测到一次编号为GRB 110328A的伽马射线暴,这次爆发特别反常,持续时间长达好几天,闪了好几次,跟通常几秒到几分钟就结束的经典伽马暴完全不一样,当时有小部分理论家兴奋地提出:这会不会是银河系里一个白洞在往外喷东西?

但后续多波段观测把这种猜测基本打消了,数据更支持一颗恒星太靠近超大质量黑洞,被潮汐力撕碎,产生了长时间、反复的耀发,这就是我们后来熟悉的潮汐撕裂事件(TDE)。

图2:潮汐撕裂事件艺术图,展示一颗恒星靠近超大质量黑洞被撕裂,形成长时间高能耀发,曾被误以为是白洞活动的候选事件

银河系到底有没有白洞?我曾经半夜想这个问题想到睡不着

你看,哪怕有一次看起来特别“像”白洞的事件,最后的解释还是老老实实落回了黑洞身上。

银河系中心不太可能是白洞

说到银河系最有名的地方,人马座A*是绕不开的,这是一个质量大约400万倍太阳的超大质量致密天体,就在银河系正中心。

事件视界望远镜(EHT)已经给它拍过照片了,清晰的“暗影”加吸积流光环,与克尔黑洞的预测高度吻合,它周围恒星的运动轨迹也表明,这是一个引力大得吓人、光都逃不出去的家伙,如果它是白洞,我们早就看到物质从里面滚滚喷出来了——但实际观测完全相反,它在安安静静地吸积。

所以至少在银河系核心,白洞的可能基本可以排除。

量子引力也许留着最后一道缝

说实话,写到这儿我已经倾向于认为银河系里没有白洞了,但有个领域确实没法把话说死——量子引力。

圈量子引力理论的一些工作(比如罗韦利和团队的研究)提出,黑洞坍缩到普朗克尺度时,时空本身的量子反弹可能会阻止奇点形成,把黑洞“弹”成一个白洞,这种“量子弹跳”如果能成立,理论上可能存在寿命极长、尺度极小的“普朗克级白洞”,甚至有假说认为,暗物质就是由这些量子白洞构成的。

但这是高度推测性的工作,离验证还隔着十万八千里,目前没有任何实验或天文观测能证认这种天体。

所以睡前想到的那个问题,现在的答案是——银河系里,理论上没有必须存在的白洞,观测上没有任何可以确认的候选体,连最像的那一次乌龙也被潮汐撕裂事件给收了编,白洞停在方程里,停在纸上,还没走进我们头顶这片星空,不过物理学这东西,明天冒出篇新论文,说不定又把今天的话推翻了,这大概就是琢磨这件事最让人睡不着,也最让人舍不得放下的原因吧。

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