白洞

喺廣義相對論入面，白洞（英文：White hole），係一種理論推測出嚟嘅時空區域，物質同光線無法進入呢個區域中，但係可以從呢個區域中向外放射。白洞嘅性質同黑洞相反，光同物質可以進入黑洞入面，但係唔可以從黑洞入面離開。目前已經有好多證據顯示黑洞存在，到而家仲未有任何證據表明白洞存在，所以白洞仍然只係一種由理論推導而出嘅假想星體。白洞嘅存在亦違反熱力學定理，因為熱力學認為熵唔係保持不變就係增加，但白洞會令熵減少。假設黑洞同白洞互相連接，喺其中連接嘅通道叫蟲洞，呢個成為好多科幻小說嘅主題。

概述

白洞係黑洞嘅時間反演對稱，因此，只會向外釋放物質同輻射，無法令任何物質同光線返回其事件視界。另外，白洞被認為係高度唔穩定嘅，只要外部時空稍微有擾動，佢變化迅速塌縮成黑洞。

同時，白洞似乎違反咗熱力學第二定律，因為佢係一個從無序狀態釋放有序物質嘅過程，違反熵增定律。由於尚未喺現實中觀察到，佢嘅存在同穩定性仍然充滿爭議。

起源

白洞嘅概念起源於愛因斯坦場方程式中黑洞解嘅時間反演解，1930年代，美國物理學家羅伯特·奧本海默同哈特蘭·史奈德提出白洞嘅概念，作為愛因斯坦廣義相對論方程嘅解。呢啲方程係現代物理學嘅基礎，描述咗由於大質量物體而導致嘅時空曲率。黑洞係由恆星坍縮而產生嘅，而白洞則代表住空間、時間，甚至宇宙嘅理論誕生。喺中心，空間同時間唔會終止喺奇點，而係繼續跨越一個短暫嘅過渡區域，愛因斯坦方程喺呢度因為量子效應而被違反。從呢個區域，空間同時間以白洞內部嘅結構出現，呢種可能性早就已經被愛爾蘭物理學家約翰·萊頓·辛格提出過。1964年，蘇聯宇宙學家伊戈爾·德米特里耶維奇·諾維科夫同尼古拉·卡爾達肖夫進一步發展提出咗白洞為史瓦西度規嘅最大版本。

當我哋採用史瓦西坐標時，外部觀察者覺得物體落入黑洞似乎需要無限嘅時間；相似地，外部觀察者覺得物理到白洞嘅事件視界出現亦需要無限嘅時間。

喺克氏圖中，我哋唔難發現黑洞可以包含嚟自任何一個宇宙嘅粒子；同樣地，白洞亦可以向外發射任何一個宇宙嘅粒子。

大爆炸/超大質量白洞

1980年代末首次提出嘅黑洞觀點可能有助於人哋理解經典白洞嘅本質。一啲研究人員提出，當黑洞形成時，其核心/奇點可能會發生大爆炸，從而創造出一個喺母宇宙之外膨脹嘅新宇宙。

2012年嘅一篇論文認為，大爆炸本身就係一個白洞。呢個進一步表明，被稱為「小爆炸」嘅白洞嘅出現係自發嘅——所有物質都喺一次脈衝中被噴射出嚟。所以，同黑洞唔同，白洞唔可以被連續觀測；相反，佢哋嘅影響只可以喺事件本身周圍檢測到。該論文甚至提出要識別一組具有白洞嘅新伽瑪射線暴。

2014年，馬德里斯·阿吉拉爾、莫雷諾同貝里尼喺五維真空嘅框架內探索咗大爆炸由超大質量白洞（英文：Supermassive white hole）爆炸產生嘅想法。

白洞宇宙觀

白洞宇宙觀（英文：White hole cosmology）嘅概念起源於美國年輕地球創造論者羅素·漢弗萊斯，1994年，佢提出咗「白洞宇宙學」假說，聲稱宇宙喺唔夠一萬年前（即唔夠10,000年前）從一個白洞中膨脹而來；聲稱宇宙嘅年齡係虛幻嘅，係相對論效應嘅結果。漢弗萊斯嘅宇宙學受到「創世紀答案」等創造論組織嘅支持；然而，由於佢嘅預測同目前嘅觀察相衝突，佢並未被科學界接受。

白洞熱力學

白洞熱力學（英文：White hole thermodynamics），或稱為白洞力學，係將熱力學嘅基本定律應用到對尚未發現嘅白洞嘅研究而產生嘅理論。

白洞嘅力學性質

白洞嘅視界係個單向膜，但係只係出唔入，向外部區域提供物質同能量，但唔吸收外部區域嘅任何物質同輻射，亦可以話白洞係黑洞嘅時間反演。外部重力性質一樣，都可以用史瓦西度規描述，白洞係一個重力源，可以被其他天體吸引，並吸引其他天體。而且白洞附近重力場好強，周圍嘅塵埃、氣體會不斷被吸積而落到佢上面。不過呢啲物質無法進入白洞內部，只可以喺佢嘅邊界形成物質層。白洞可能處於類星體同活動星系核嘅中心，當白洞內部噴射出嚟嘅物質同白洞周圍吸積嘅物質喺邊界上猛烈相撞時，可以釋放出巨大嘅能量。

白洞熵

白洞被認為係黑洞嘅時間反演，故理論上，物理行為應該同佢相對應。如果白洞嘅熵亦遵循同黑洞相似嘅定義，咁白洞熵亦會同表面積成正比：

$S\propto A$

呢個同貝肯斯坦上限（貝肯斯坦-霍金公式）類似。

白洞被認為係高度有序嘅，因此，佢嘅熵似乎接近零。然而，我哋亦可以認為白洞嘅熵係負嘅，呢個意味住佢可能對應於黑洞，減少住佢嘅負熵。

黑洞會將資訊丟失，呢個即係黑洞資訊悖論。與之相反，白洞會將資訊放返宇宙，因此，可以得出兩種唔同嘅觀點：

1. 白洞熵等於黑洞熵，因為係時間反演嘅結果。
2. 白洞熵為零，因為訊息被放返宇宙。

另外，喺宇宙學框架入面，白洞對應於大爆炸嘅某啲高能量事件，引申出咗大爆炸係一個白洞，對應於佢嘅低熵狀態。

白洞嘅熱力學定律

白洞熱力學第零定律

白洞事件視界表面具有相同嘅反向重力值$\kappa '$，即

$\kappa '=\mathrm {const} .$

白洞熱力學第一定律

白洞質量嘅微小變化同佢「負功同熱」嘅關係係：

$\mathrm {d} M=-{\frac {\kappa '}{8\pi }}\mathrm {d} A-\Omega _{\mathrm {WH} }'\mathrm {d} J-\Phi _{\mathrm {WH} }'\mathrm {d} Q$

其中$M$係質量，$A$係事件視界面積，$\Omega _{\mathrm {WH} }'$係白洞嘅角速度，$J$係佢嘅角動量，$\Phi _{\mathrm {WH} }'$係事件視界嘅電動勢，$Q$係電荷。

白洞熱力學第二定律

白洞嘅事件視界面積喺物理過程中一定唔會增加，即

$\mathrm {d} A\leq 0$

呢個結果同熱力學第二定律相悖。

白洞熱力學第三定律

白洞嘅表面重力$\kappa '$唔可以為零，即係實現唔到完全穩定嘅白洞；換句話講，白洞嘅溫度無法為零。

參考書目

• Humphreys, D. Russell (1994). Starlight and Time: Solving The Puzzle of Distant Starlight in a Young Universe. Foreword by Ken Ham. Green Forest, AR: Master Books. ISBN 978-0-89051-202-9. LCCN 94079857. OCLC 31897814.

睇埋

• 時間箭嘴
• 黑洞
• 暗物質
• 反物質
• 負物質
• 量子力學
• 時空
• 恆星
• 蟲洞
• Q星