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发信人: raining (萧条庭院), 信区: other
标  题: 大爆炸可以即是黑洞又是白洞吗？
发信站: 听涛站 (Fri Jan 19 12:35:47 2001), 转信



大爆炸可以既是黑洞又是白洞吗？


在前面的问答中我非常小心地只讨论了标准FRW大爆炸模型与黑洞或白洞的不同。真实的
宇宙与FRW宇宙可能有所不同，我们能排除它是一个黑洞或白洞的可能吗？在此我不想讨
论诸如“奇点到底存在吗？”一类的问题，而是假设广义相对论在我们所讨论的范围内
是正确的。

前述对于否定大爆炸是黑洞的讨论仍然适用。黑洞的奇点总是位于未来的光锥内而天文
学的观测已清楚地指出大爆炸发生于过去。有可能大爆炸实际上是白洞的遗物。

FRW模型的主要假设（前提）是宇宙在宏观上看是同质的、等温的。这也就是说：在任何
给定的宇宙时间（点）上，从任何方向看，它都是相同的。天文学很好地证明了星系的
分布在几百万光年以上的大尺度范围内是相当同质和等温的。这种高度的宇宙背景辐射
（CBR）的等温性有力地支持了同质性。然而可观测的宇宙的尺寸受光速和宇宙年龄所限
。我们只能看到大约100到200亿光年远（的东西），这大约是已知星系分布结构尺寸的
100倍。

同质性总是一个争论中的话题。宇宙自身（的尺寸）很可能是我们可观测的几百万的数
量级以上，或许就是无限的。天文学家马丁.瑞斯（Martin Rees）将我们的观测比喻为
从大海深处的一艘船上观察海洋。当我们排除近处波浪的影响向外看时，我们显然会发
现海是无边无际并且有无穷特征的。从船上看来，地平线只在几英里之外，而海洋可能
还要延伸成百上千英里远才有陆地。当我们用我们最大的望远镜观察宇宙时，我们的视
野也被限制在一个有限的范围内。不论物质（的分布）看起来有多么均匀，我们都不可
能假定在我们视野之外也是如此。因此同质性在比我们可观测的宇宙大得多的尺度上而
言是十分不确定的。我们可能在哲学上对此（进行）争论，但无法验证它。

因此我们会问宇宙中是否存在同FRW模型一样可供持久观测的白洞模型呢。有些人起初认
为答案一定是否，因为白洞（和黑洞一样）有潮汐力，它在不同的方向上（进行）挤压
或拉伸。因此它们与我们所观察的（东西）完全不同。因为这只适用于没有物质存在的
黑洞的时空，所以这并非定论。恒星内部可以没有潮汐力。

与宇宙观测相一致的白洞模型应是恒星坍缩成黑洞的时间的反转。作为一个良好的近似
，我们可以忽略压力而将其视为一个除引力外无内部作用力的球形星尘云。自从1939年
施耐德（Snyder）和欧文海默（Oppenheimer）的开创性工作以来，恒星的坍缩就一直被
密切地注意并研究着。（因此）这种简单的情形很好理解。有可能可以（在不考虑压力
的情况下）建造一个精确的恒星坍缩模型：在球形形体的外部将所有的FRW解和其外部的
史瓦西解粘合在一起。

接下来的问题是：如果星尘球比可观测的宇宙要大得多的话，作为时间反转的星尘球坍
缩的这个模型与FRW模型就会无法区分。另言之，我们不能排除宇宙是一个极大的白洞的
可能。（这）只有等上几十亿年直到球的边界进入我们的视野时才能知道。

必须承认如果我们放弃同质等温的假设，还有许多其他可能的宇宙模型，其中有些拓扑
结构并不太复杂。但从这些理论中难以推导出任何象这样（指FRW模型，译者）严谨的东
西。最令人兴奋的假设是在1987年由海勒比（C.Hellaby）提出的：他构想宇宙初创是一
串相互隔绝的珠子，在某一确定时刻它们各自独立地爆裂出洞并合并成宇宙。这些都可
用一个广义相对论的精确的单解所描述。

有关本问答的最后一个问题：施坦芬.霍金（Stephen Hawking）提出，一旦计算量子效
应，白洞和黑洞的界限将不会象它们看上去那么清晰。这是因为霍金辐射证明黑洞可以
丢失物质（参相对论FAQ霍金辐射的文章）。一个处于热平衡态的向四周散发辐射的黑洞
可能是关于时间对称的。如果是这样，它就和白洞相同。对于这个观点的争论还很多。
但如果它是正确的，它将意味着宇宙可能同时既是白洞又是黑洞。或许真正的答案更古
怪。换言之，谁知道呢？


参阅：

关于FRW标准模型、黑洞解，特别是作为FRW与史瓦西黑洞解的结合的星尘坍缩模型的数
学细节，见Misner, Thorne和Wheeler, Gravitation Freeman(1973)

一本给出全面地导述含有白洞解的非匀质宇宙的书：Andrzej Krasinski Inhomogeneou
s Cosmological Models, Cambridge University Press (1997)

关于霍金认为黑洞也是白洞的书，见Hawking和Penrose, The Nature of Space and TI
me,Princeton(1996)

Martin Rees在其优秀的关于大海中观测的比喻的书，见Rees, Before the Beginning,
 Our universe and others, Simon and Schuster, (1997)

十分感谢Andrzej Krasinski提供关于非匀质宇宙的资料。
  
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