宇宙中的白洞与黑洞（宇宙中三个极端的洞有什么不同）

黑洞、白洞、虫洞都是宇宙中的特殊极端存在，它们的共同点为：都是引力导致的极端结果，遵从爱因斯坦引力场方程（简称场方程），公式表述见下图：

这个公式的推导过程很复杂，这里就不展开说了。虽然这三个“洞”都是由于引力场导致的，但性质却完全不一样。它们到底是什么，躲在哪里，分别了解这几个“洞”后就知道了。

黑洞

简单地说，黑洞就是物质压缩到极限产生的一种奇异现象。理论上任何物质都有可能压缩到极限，从一个原子，到一个星球，只要压力足够大，都有可能成为一个黑洞。这个压力要多大呢？没有一个具体数值，但物质被压缩的极限是有公式计算的。

这个公式就是史瓦西半径公式，表述为：R=2GM/C^2。这里的R表示史瓦西半径，G为引力常量，M为物体质量，C为光速。这个公式是1916年天体物理学家卡尔·史瓦西，根据爱因斯坦刚发表不久的广义相对论中引力场方程推导出来的。

这个公式的意义就是，任何物质只要被压缩到自身质量的史瓦西半径以内，就会发生奇异变化：所有物质会无法避免地坠落到核心的奇点上，并以史瓦西半径为界形成一个球状空间，这个空间具有无限曲率，任何物质一旦进入这个空间就再也无法逃逸，只能坠落到中心的奇点上，连光也不例外。

这个史瓦西半径有多大呢？根据公式计算，一个氢原子质量约为1.674*10^-27kg（千克），其史瓦西半径就是约2.48*10^-54m（米）；地球的质量约为6*10^24kg，史瓦西半径约为8.9mm（毫米）；太阳的质量约为2*10^30kg，史瓦西半径就约为2964m。

科学家们认为，在大型强子对撞机中，通过接近光速的粒子对撞，巨大的压强有可能制造出原子级别的微型黑洞。这种想法还只是存在理论上，这种微小的黑洞目前尚未能捕捉到。理论上，宇宙大爆炸时期会留下许多微型黑洞，根据霍金辐射理论，原子级黑洞会瞬时蒸发，因此至今还没有发现这种微型黑洞。

宇宙中，已发现最小的黑洞在太阳质量3倍以上。这些黑洞都是大质量恒星在死亡时，内部发生热核失控，引发超新星大爆炸后，极端的压力将核心部分物质压缩到自身质量的史瓦西半径中，从而成为一颗黑洞的。

一般认为大于太阳质量30~40倍的恒星，死亡时会直接留下一颗黑洞。宇宙黑洞的形成原因，还有大质量天体的碰撞、吸积，超过质量临界点而坍缩形成。比如中子星通过吸积，质量超过奥本海默极限，就会被压缩成一颗黑洞。

理论上因为黑洞质量都在核心的奇点上，而那个奇点无限小，这样黑洞就被理解为体积无限小，密度无限大，曲率无限大，热量无限高。这4个无限的前提是体积无限小，才导致后面三个无限的出现。

黑洞曲率无限大，是指史瓦西半径内，其临界处又称为黑洞事件视界。所谓曲率就是质量导致周边时空的扭曲，表现为引力。在距离遥远的地方，其引力依然遵循万有引力定律，是与质量成正比与距离平方成反比的，与任何天体的引力是一样的。

由于黑洞史瓦西半径内引力无限大，任何靠近黑洞的物质都会被“吃掉”，有去无回，因此黑洞就会变得越来越大。现在宇宙中发现最大的黑洞，名为SDSS J073739.96 384413.2，质量是太阳的1040亿倍。

这就是黑洞的前世今生。

中子星变黑洞的过程

中子星是目前宇宙中发现密度仅次于黑洞的天体，是中大质量恒星，也就是约8~30倍太阳质量的恒星，在演化后期发生超新星大爆炸后，核心部分留下的一个致密的核。

这个核的半径只有约10km（千米或公里），密度高达1~20亿吨/cm^3（立方厘米），表面压力达到10^28个大气压，比地形压力大33万亿亿倍，比太阳中心压力大3.3亿亿倍。

中子星的质量一般维持在太阳质量的1.44~3倍左右。根据泡利不相容原理，小于太阳质量1.44倍时成不了中子星，只能成为白矮星，由电子简并压支撑星体形态；而中子星则依靠中子简并压支撑着重力压，保持着中子星形态，当质量超过临界点时，中子简并压就无法支撑重力压力，从而中子星无法保持星体形态，很快坍缩成一颗夸克星或黑洞。

由于中子星引力巨大，会将周边附近的天体或星际物质不断吸积到自身，不断增加质量，因此蜕变成更致密天体的可能性很大。

夸克星还是一种理论假想的存在，目前还没有发现这种天体，所以，一般认为中子星超过奥本海默极限会直接坍缩成黑洞。奥本海默极限就是中子星探索的质量临界点，这个临界点目前还没有准确定论，科学界经过观测发现和理论推算，一般认为在太阳质量的2~3倍之间。

黑洞是恒星（或任何天体）的顶级尸骸，就是任何天体变成黑洞后就到顶了。

白洞

白洞是与黑洞正好相反的一个理论猜想，只是物理学家们根据爱因斯坦场方程假设的一个数学模型。迄今为止，白洞还没有被观测证实。这个模型的基本定义是，黑洞不断吞噬宇宙物质，白洞却正好相反，不断向宇宙中喷射出物质。

理论上黑洞和白洞都是宇宙中的极端天体，黑洞的引力无限大，白洞的排斥力无限大，它们都有一个封闭的边界，进入黑洞视界的物质是有去无回，连光也不例外；而白洞的视界不允许任何物质进入，只出不进，同样连光也不例外。

因为白洞还只是理论上存在的一种假设天体，因此白洞的成因说法不一，其中比较有代表性的观点是，宇宙大爆炸开始时，由于爆炸不充分不均匀，一些没来得及爆炸的致密核被抛射出来，这些被抛出的致密核仍处于奇点状态，只是爆炸延迟了，有的延迟了100多亿年才爆发，这种爆发就是白洞。

类星体核心巨大的引力源就是一个白洞，喷发出的物质与周围物质发生碰撞，不断迸发出高能射线。

除此之外，还有几种观点：之一，白洞是黑洞的“反演”，就是当黑洞坍缩到了极限会发生质变，也就是反坍缩爆炸，由此从向内吸积能量转化为从核心向外喷发能量；之二，就像宇宙中存在着正负物质一样，白洞和黑洞是宇宙中的正洞和负洞，一个释放能量，一个吸收能量，性质相反。

还有观点认为，黑洞吸收的物质，会从另一端的白洞喷发出来，连接黑洞和白洞的这根管道就是虫洞。黑洞和白洞有可能处于相同时空，但距离遥远的两个区域，也可能分别处于正反不同性质的两个时空。

不过这些理论迄今为止，依然是公说公有理，婆说婆有理，因为没有观测到虫洞的真实存在。那么虫洞到底存不存在呢？很难说。科学发现的最大乐趣，莫过于根据理论提出的预言，最终被证实真实存在。黑洞和引力透镜就是这样被发现的，白洞会被发现或最终被否定吗？我也不知道。

虫洞

虫洞也是根据爱因斯坦场论提出的一种预言。“虫洞”这个概念最早于1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆提出，后来，爱因斯坦和纳森·罗森两位物理学家对这个理论进行了完善，因此人们又把虫洞称为“爱因斯坦-罗森桥”，也叫时空隧道，意指连接两个遥远时空的多维空间隧道。

这种时空连接很可能会连接到“婴儿宇宙”，也就是宇宙诞生后不久刚刚诞生星系和恒星的时期，这种时空距离我们有138亿光年，甚至更长。

通俗地说，虫洞犹如高速路或火车穿越山峰的隧道，如果没有这个隧道，要到山的另一面就需要翻过山巅，或弯许多路，而穿越隧道就近很多。因此虫洞被认为是宇宙空间存在的“捷径”或“抄近道”，有了这个捷径，就能够实现遥远时空的瞬时转移，比如很快到达婴儿宇宙，到达目的地所需时间相对不走捷径，就会超越光速许多倍。

但这种“跨越”并没有增加速度，只是“抄了近道”，不违背光速极限的原则。因此，虫洞穿越是人类突破速度瓶颈，或者说突破光速藩篱的一个可能选项。但虫洞也像白洞一样，还只存在于科学幻想和理论猜想阶段，并没有发现真实存在，未来能不能发现或利用，也还是一个未知数。

有关虫洞的成因，也有多种说法。比如前面说的，黑洞与白洞之间存在一个物质输送管道，就是虫洞；还有白洞和黑洞碰撞，会形成虫洞等等。

总体上说，虫洞是巨大引力场作用下形成的时空漩涡，巨大质量的天体旋转及其相互作用过程会对时空造成扭曲，形成时空漩涡或陷阱。这有点像海水中的巨大漩涡，无处不在但又转瞬即逝，有些漩涡能让两个相距很远的局部瞬间离得很近，这种时空漩涡在宇宙中就被称为“虫洞”。

由于虫洞具有不确定性和转瞬即逝的性质，即便发现虫洞真实存在，能否利用也颇有争议。有人认为，只有负能量或暗物质能够维持虫洞的稳定。而负能量和暗物质在目前也还是一种理论假设，人们并不清楚这些玩意到底是什么。

因此，虫洞穿越现在还只是个科幻或神话，或许永远是个神话。

结论：

从以上介绍，我们可以看出，黑洞、白洞、虫洞说起来都是“洞”，但不是普通的洞，而真正可以说有点像洞的，只有虫洞，其余的两个都是一种特殊天体。从根本上说，这三个“洞”都是引力场导致的现象或者说存在，但它们之间具有完全不一样的性质，对人类未来的影响和作用也不一样。

目前，科学家通过巨大努力和代价，已经拍摄出了第一张黑洞照片，证实了黑洞的真实存在。但白洞和虫洞还只存在于理论阶段，未来能不能发现，能不能被人类所利用尚无法定论。

是否说清楚了？若有疑问，请在评论区留言，一起讨论。感谢阅读。

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