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如果我们能观察到一个正在变成白洞的黑洞，这将是我们第一次看到量子重力的影响。

黑洞，一个吞噬一切并允许物质进出的“怪物”，现在为世界所熟知。宇宙中有没有一个天体与黑洞的性质完全相反，只能流出却不能进入？一些天文学家认为，这样的“白洞”不仅存在，它们还是黑洞的未来——黑洞中的时间和空间将在某个时候反弹并变成白洞。如果这个假设能够被证明，这不仅是人类第一次直接观察到量子重力的影响，也是最终国际问题的答案。

永远不要盲目相信教科书，即使那些书是伟大的科学家写的。1972年，诺贝尔物理学家史蒂夫·温伯格在他的著作《引力与宇宙学》中说，黑洞的存在具有“强烈的想象力”。他写道，“在宇宙中任何已知物体的引力场中都没有黑洞。”然而，他完全错了。几十年前，射电天文学家探测到物质落入黑洞时宣布的信号，但没有意识到这一点。现在，我们有许多证据表明宇宙充满了黑洞。现在，这个故事可能会在白洞里重演。白洞练习是一个性质完全相反的反向黑洞。在另一本著名的教科书中，相对论大师BobWald写道，“没有理由相信宇宙的任何区域都对应于一个白洞”——这仍然是主流概念。然而，世界各地的几个研究小组，包括我在法国马赛的团队，最近开始讨论量子力学帮助形成白洞的可能性。仰望星空，宇宙中也可能有白色的空洞。时空反弹怀疑白洞可能存在的原因是它能提醒一个未解之谜:黑洞中心发生了什么。我们观察到许多物质在黑洞边缘打转，然后落入黑洞。所有这些下落的物质穿过黑洞的外表面(我们称之为“事件视界”，并标志着不可返回的点)，并垂直向黑洞中心下落。后来发生了什么？我们对此一无所知。描述引力的现代物理学的最佳理论——爱因斯坦的广义相对论预测，黑洞中下落的物质最终会汇聚到一个密度接近无穷大的中心点，我们称之为“奇点”这相当于实际结束。在这一点上，那一刻本身将停止，一切将消失于虚无之中。然而，这种推测并不可靠，因为爱因斯坦的理论没有涵盖黑洞的中心。在这里，引力变得异常强大，量子效应不可忽视。为了理解到底发生了什么，我们需要引入量子引力理论。量子理论经常被用来处理这样的问题。20世纪初，经典物理理论预测，围绕原子核运动的电子能量将以螺旋形式不断下降。然而，在实际的宇宙中没有这样的情况。量子理论解释了原因:能量的离散性阻碍了这一过程。电子的能量只能改变一定的量，并且它有一个有限的最小能级。同样，量子效应也能阻碍黑洞中心的无限密度，这是由空间和时间本身的离散性决定的。量子引力理论推测了这种离散性，比如我讨论过的循环量子引力理论(LQG)。在这个理论中，没有密度接近无穷大的无穷小点。空间由独立的单位(量子)组成，虽然很小，但尺寸有限。落入黑洞的物质可以被揉捏成一种超精细的状态，称为普朗克星。但是然后呢？之后，它们会反弹回来，就像普通物质的下落结束一样。然而，它不能在黑洞中反弹:黑洞中的物质只能向下移动，这是一个奇怪的地方:量子引力使得整个黑洞中的时空反弹了多少。换句话说，物质继续通过黑洞中心进入一个全新的独立时空区域。在那里，不仅物质，整个时间和空间都在反弹——这就是我们所说的白洞。

黑洞到白洞过渡的艺术地图。

球反弹时的轨迹看起来像是在向后倒。类似地，一个白洞就像一部电影，记录了一个相反的黑洞。从外面看，白洞和黑洞没有什么不同:它和黑洞质量一样，所以物体会被它吸引并围绕它旋转。然而，黑洞被地平线所包围，物质可以通过它进入但不能逃脱。白洞被另一种地平线所包围，可以穿过地平线逃脱，但不能进入。

从里到外

广义相对论从理论上预测了白洞的可能性。白洞是广义相对论方程的精确解。但是长期以来，白洞一直被认为是数学的产物，并不代表任何真实的东西。就像过去的黑洞一样，很难看到它是如何被创造出来的。

然而，早在20世纪30年代，爱尔兰物理学家约翰·莱顿森格就发现，如果广义相对论方程的解稍加调整，黑洞内部的几何结构可能会继续演化成白洞。量子力学允许这样的调整。

那么，白洞在哪里？它会远离人们吗？它是由虫洞连接的，还是在另一个宇宙中？不，我们不需要这些奇怪的猜测。将来，黑洞所在的地方会出现白洞。根据爱因斯坦的理论，空间和时间的特殊弹性，“中心的另一边”很可能是未来的黑洞。很难想象，但结果很简单:在生命的初始阶段，黑洞是“黑”的，物质落入其中；但是在第二阶段，在量子跃迁之后，它会变成“白色”，物质会被反弹回来。

要做到这一点，必须有一个时刻，地平线从黑洞地平线变成白洞地平线。在这里，正是量子理论使这一切成为可能，这要归功于一个众所周知的现象——量子隧道效应。这是对标准经典物理方程的暂时违反。即使在人们不期望强量子现象的地方，这种低概率的情况也可能发生。例如，量子隧道是核放射的原因。根据经典力学，被困在原子核中的粒子无法逃脱，但量子理论允许它穿过囚禁它的屏障，从而辐射出原子核。

球反弹时的轨迹看起来像是在向后倒。类似地，一个白洞就像一部电影记录了一个相反的黑洞。从外部来看，白洞和黑洞没有什么不同:白洞和黑洞的质量一样，所以物体会被它吸引并围绕它旋转。然而，黑洞被地平线所包围，穿过地平线的物质可以进入但不能逃脱。白洞被另一种地平线所包围，可以穿过地平线逃脱，但不能进入。

资料来源:SamChivers

隧道需求时间。几千年来，放射性物质一直处于准稳定状态。同样，黑洞有很长的寿命。根据经典理论，黑洞将是永久的。但没有什么是永恒的。史蒂芬·霍金证明了在量子理论下黑洞会逐渐消失和缩短。当黑洞变短时，它变成白洞的可能性就增加了。在某个时候，会发生变化。同样，重要的是时空本身有多少结构。它并没有按照经典广义相对论的方程式进化，而是突然从黑洞的视界变成了白洞。

但是有一个令人困惑的地方。我们看到的黑洞是一个罕见的100万年前的黑洞，所以一个大的黑洞需要很长时间才能隧穿成一个白色的洞。但是落入黑洞的物质会在几秒钟内迅速到达中心。它将以同样的速度再次反弹。如果形成白洞需要很长时间，物质怎么会这么快就离开白洞呢？答案令人着迷。在广义相对论中，时间非常敏感。我们知道在海平面上，时间过得比在山上慢。(前者离地球中心更近)当接近一颗大质量恒星或黑洞时，它会一直减速。这回答了一个难题:黑洞(或白洞)内的非常短的时间对应于洞外的非常长的时间。从外面看，这个洞的内部进化就像是一个弹跳，但速度非常慢。观察世界中观察到的黑洞(白洞)可能只是一些坍塌并反弹回来的物体。我们可以从外面看到他们夸张的慢动作。这种想象的另一个优点是，它处理了众所周知的黑洞信息悖论——我们希望信息永远不会在自然界中完全消失，但如果那一刻在黑洞中结束，信息将会消失。解决方法很简单:如果有任何东西最终反弹回来，丢失的信息将会恢复。准确地说，信息悖论比这更奇妙。它源于一个普遍的观点，即视界的大小限制了黑洞内部可能存在的不同构型的数量。如果可供选择的构型太少，下落物质的特征将会丢失，信息也会丢失。但我坚信这种观点是错误的。它混合了许多可以从外部区分的配置。这些配置控制着黑洞的外部行为，而可以从内部区分的配置数量要多得多。即使视界变窄，这些配置也会增加。黑洞的内部可能非常大，即使它的视界非常小。这就像一个瓶子，瓶颈很小，但是瓶子的体积可以很大。这样的黑洞可以包含很多信息，这些信息后来被黑洞释放出来。所有这些为黑洞的生命进化提供了一个吸引人的想象:黑洞内部没有奇点，也没有时间和空间终结的地方。从外部来看，黑洞不是永久的。相反，在某个时候，黑洞会变成一个白洞，落入其中的东西会逃逸。看到那个白色的洞了吗？理论上，这种想象非常美丽。这是否意味着宇宙真的充满了白洞？如果是的话，我们能看看吗？答案取决于我们不完全理解的东西。哈勃体积中的大多数黑洞是由恒星坍缩组成的。这些黑洞太年轻、太大，无法挖成白洞——大黑洞寿命更长。但是在大爆炸后不久，较小的黑洞可能在早期宇宙的恶劣环境中形成。这些原始黑洞可能已经被挖成了白洞，或者正在变成白洞。然而，我们不能确定它们的数量，这使得当时关于白洞的推测不确定。另一个不确定的因素是黑洞的寿命。圆量子引力理论已经被引入来进行具体的计算，但是这些计算依赖于近似值，并且不是决定性的。尽管如此，在蒸腾作用时间限制下的最长寿命和量子现象所需的最短寿命之间，我们仍然有一个适当而稳定的尺度。这使我们能够得出一些初步结论。如果黑洞有很长的寿命，只要小的原始黑洞现在变成了白洞。这意味着现在宇宙中大多数白洞都非常小。白洞的最小尺寸只有大约1微克，或者说是人类头发的半英寸(大约1.27厘米)。

这种可能性非常有趣。因为这种规模的白洞相对稳定，它们可能是宇宙中天文学家(直接)发现的神秘暗物质的组成部分之一。大多数其他暗物质理论需要修正现有的物理定律，例如，假设有一种新的粒子——超对称粒子。然而，由于这些假设的粒子尚未被探索，人们对这些理论提出了质疑。

小黑洞构成暗物质的假设，除了已经建立的物理学(即广义相对论和量子理论)之外，不需要新的理论，目前的观测结果也不能消除这一假设。如果这是正确的，并且我们现在已经研究了白洞，那么它们就是暗物质！强烈的信号可能是黑洞的寿命非常短，所以今天最初的黑洞隧道应该有一个小行星的正确质量，它可能剧烈爆炸，大部分质量被辐射。这将在微波或无线电波段释放高能世界辐射和强脉冲信号。后者特别吸引人，因为我们最近用射电望远镜探测到了类似的信号:神秘的快速射电爆发。我们现在可能已经观察到那个白洞了。我们不能承认这些信号是否真的来自白洞。只要有几个勘探结果，脉冲可能有其他来源。但是我们将在这个巨大的样本中寻找一个特征:平红移。远处年轻的白洞发出的信号比近处年老的白洞发出的信号波长要短。一旦收集到足够的数据，我们就能在高能世界射线或快速无线电脉冲中发现这一现象，这也将为白洞的存在提供基础。毕竟，如果白洞存在的基础被找到，它将使我们在理解这个世界上迈出一大步。这代表了人类第一次直接观察到量子重力的影响，从而为理解量子空间和时间打开了一扇窗，这是基础物理学中最大的问题。最后，我有一个推测性的想法。我们的宇宙可能不是在一次大爆炸中诞生的:它可能从之前的崩溃阶段反弹回来。这种可能性遵循圆量子引力和其他理论结构。宇宙反弹的量子机制类似于从黑洞到白洞的反弹。宇宙暗物质中的普朗克白洞可能是在反弹之前形成的。如果是这样的话，时空反弹的形状并不像传统宇宙学中那样一致，而是皱巴巴的，因为每个白洞就像一根长刺扎进时空。这一现实可能与时间之箭的神秘有关——为什么时间只向一个方向行进？时间之箭可能不是人们通常认为的那样，而是由宇宙初始状态的“特殊性”(即低熵)引起的。相反，这可能是一种透视现象，它与我们研究者的“特殊”取向有关:我们都在黑洞和白洞之外。虽然白洞几乎没有被探索过，但它的存在似乎是合理的。到目前为止，我们还没有发现任何白洞，但我们必须知道，在我们发现黑洞之前，我们也经历了很长时间的猜想。

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