黑洞是廣義相對論的一個預言。如果你把一顆巨大恆星的質量(比如說太陽質量的100倍)輸入愛因斯坦的理論,你將看到當這個恆星核聚變能量耗盡時,它會開始向內坍縮,而這顆正在坍縮的恆星表面的重力場會變得非常巨大,以至於包括光在內的任何東西都逃不開它。

愛因斯坦方程的有趣之處在於它表明所有東西都會掉落到一個點。這個點沒有體積,因此它的密度是無窮大的。因為它有無限的性質,我們稱它為奇點.我們無法對進入它的物質做任何進一步的預測,也許我們真的是因為想象力不夠,所以難以理解這樣的奇點,但物理學家們普遍認為這想法太荒誕了,以致表明我們正在研究的理論並不十分完美。

所以,愛因斯坦的理論並沒有說有某種情況下黑洞會停止吸收物質。正相反,黑洞會永遠持續吸收物質。(霍金提出,物質實際上可以通過量子效應從黑洞中逃逸,因此黑洞是有可能蒸發的,但那需要很長很長很長的時間)

黑洞的反義詞是白洞。白洞從一個奇點中發出物質和光。它是黑洞的時間反轉。大多數物理理論都有一個奇怪的特點,那就是它們與時間的方向無關。所以如果你把一個解錄下來,倒著播放,你會得到另一個解。儘管根據廣義相對論,黑洞和白洞都是可能出現的,但它們之間仍有一個至關重要的區別。為了證明這一點,我們不妨建立一個理論:質量是高度的50倍。這個理論預測到:一個身高1米的人體重50千克(這可真不是個好的預測)。這就像預測黑洞一樣,我們已經進行了真實的測量,最終計算出了一個人的重量。然而,我們的假設理論允許一個人有10米高和500公斤高的可能性,但實際上並沒有對此做出預測。這就像白洞,理論上允許白洞的存在,但我們到目前為止還沒有找到宇宙中有任何可以讓白洞存在的情景。

然而,天體物理學家為了克服各種各樣的問題,經常假設存在白洞。有個想法是,每存在一個一直吸收物質的黑洞,就有一個一直釋放物質的白洞與之對應,這個想法的純粹對稱性很吸引人。然而理論上和實際上都沒有任何證據可以證明這一點。事實上,白洞的存在很難用符合熱力學第二定律的理論來解釋。問題在於,在一個白洞裡能有多少熵。
熵是衡量一個系統中無序程度的指標。我們對這個概念從直覺上就可以有很好的理解。比如說,七巧板在盒子裡時比拼好時更混亂,打碎的啤酒杯比盛滿酒放在桌上的時候更混亂。科學家已經能夠用數學方法來描述熵(同理,「能量」在日常生活中也有著模糊的含義,但物理學家可以計算出來)。一個白洞會釋放很多光子,光子是高度有組織的能源的包,所以有很低的混亂度,也就是有很低的熵。如果我們去計算一個白洞的熵,它確實像我們所發現的,非常低。

熱力學第二定律表明,對於一個封閉系統,熵隨時間增加。這並不是說我們周圍只有混亂程度升高的情況,很顯然你可以想到很多有序程度升高的例子(比如你把七巧板從盒子裡拿出來拼好,你就增加了它的有序程度)。然而,根據熱力學第二定律,只要有序程度增加,在其他地方一定有更大的無序程度增加。所以在一個「封閉系統」中,如果一個主體與外界沒有「熵的交流」,它的熵就一定會增加。如果你能想到一個合適的系統,熱力學第二定律似乎很直觀,例如,氣體分子不是整齊地排列而是分散開的。在七巧板的例子裡,人在把七巧板擺放整齊的過程中產生了熱量,這就可以解釋總熵的增加。熱量是最無組織的能量形式,人們燃燒「有序」的食物分子併產生熱量來拼七巧板。因此,拼圖的低熵實際上最終來自太陽的光子。既然熱力學第二定律說宇宙一直處於熵增加狀態,白洞又怎麼可能形成呢?

所以,雖然一個白洞可以解釋黑洞的質量到哪去了,但它不能解釋黑洞的高熵到哪去了。很多科學家懷疑宇宙中不存在白洞。當然,也有些人仍然不相信黑洞存在,還有更多的人認為我們沒有完全正確地理解黑洞。雖然黑洞確實有可能通過某種方式像白洞那樣爆炸,但我們還是不知道它能不能爆炸,會不會爆炸,以及如果會的話,在什麼情況下會爆炸。
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3. Sally Riordan- physlink
翻譯:天文志願文章組-乾惺
審核:天文志願文章組-汝以姑娘
排版:零度星系
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自:https://www.physlink.com/education/askexperts/ae510.cfm