白洞起源

白洞學說出現已有一段時間,1970年捷爾明便提出它們存於類星體.劇烈活動的星系中的可能性.相對論和宇宙論學者早已明白此學說的可能性,只是這與一般正統的宇宙觀不同,較不輕易獲得承認.某些理論認為,由於宇宙物體的激烈運動,或者星系一部分噴出的高能小物體,它們遵守著克卜勒軌道運動.這是一種高度理想化得推測,亦即一個地方有幾個白洞,在星系核心互相旋轉,偶然噴出滿天星斗.噴出的白洞演化成新星系.而從星系團的照片中可觀察到一系列的星系由物質連接起來.這顯示它們是由一連串劇烈噴射所形成的.照此看來,白洞可能會像阿米巴原蟲一樣分裂生殖,由分裂而形成星系.然而這又和目前的理論相違背.從此看來,就是星系生成也有不同見解.有的天文學家便提出並接受宇宙之初便有不均勻物質的結塊,而其中便包含了白洞.宇宙向最初奇點收縮,星系.星系群都同一動作,這當然和黑洞的奇點相似.宇宙的不同區域,其密度皆不同,收縮時首先在高密度的地方,達到了黑洞的臨界密度,從此消失在事界之後,宇宙不斷收縮,使不斷出現高密奇點.宇宙成為大量黑洞及周圍物質的集合體.然而實際上,宇宙是膨脹而非收縮的,因此它是白洞而不是黑洞.在宇宙整體性源始的大奇點中存在著高密度的小質點,它們隨著膨脹向四方八面擴散,大白洞大量爆發生出小白洞.星系等不均勻物體,正是由它生成的.不均勻物體之所以易和黑洞拉上關係,皆是因為它和膨脹現狀相對稱的宇宙中局部收縮的過程.目前宇宙中,黑洞和白洞並不能一起存在,是過程的兩個端點而已.黑洞奇點是物質末期坍塌的終點,白洞物質的奇點是星系的始端.只不過,各過程不是同時,而是先後交錯.


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白洞導論

黑洞作為一個發展終極,必然引致另一個終極,就是白洞.其實膨脹的大爆發宇宙論中,早就碰到了原初火球的奇點問題,這個問題一直困擾著科學家們.這個奇點的最大質量與密度和黑洞的奇點是相似的,但他們的活動機制卻恰恰相反.而且,流入黑洞的物質命運究竟如何呢?是永遠累積在無窮小的奇點中,直到宇宙毀滅,還是再另一個宇宙湧出呢?如果黑洞從有到無,那白洞就是從無到有.60年代的蘇聯科學家開始提出白洞的概念,科學家做很多假設,但這概念不向黑洞這麼通行,看來白洞似乎更虛了.問題是我們已經對引立場較為熟悉,從恆星星系演化維黑洞有數理可循,但白洞靠什麼觸發,目前依然茫茫無緒.無論如何宇宙至少觸發過一次,所以白洞的研究顯然與宇宙起源的研究有密切的關係,因而白洞學說通常與宇宙學結合起來.


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白洞理論

其實簡單來說,白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞,進入黑洞的物質,最後會從白洞出來,出現再另外一個宇宙.由於具有和黑洞完全相反的性質,所以叫做白洞.目前天文學家已經實際找到黑洞,但白洞並未真正發現,還只是個理論上的名詞.所以白洞的存在性還有待確認.


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白洞

廣義相對論所預言的一種與黑洞相反的特殊天體.和黑洞類似,它也有一個封閉的邊界,聚集在白洞內部的物質,只可以經邊界向外運動,而不能反向運動,就是說白洞指向外部區域輸出物質和能量,而不能吸收外部區域的任何物質和輻射.白洞是一個強引力源,其外部引力性質和黑洞相同.白洞可以把周圍的物質吸積到邊界上形成物質層.白洞學說主要用來解釋一些高能天體現象,有人認為,類星體的核心就可能是一個白洞.當白洞內中心奇點附近所聚集的超密態物質向外噴發時,就會同它周圍的物質發生猛烈碰撞,而釋放出巨大能量.因此,有些劇烈的雷射線現象可能與白洞的這種效應有關.白洞目前還是種理論模型,尚未被觀測所證實.


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黑洞名詞備註

註一:質量是物體中,包含的物量的量.(例如:水)
註二:輻射壓力(亦稱光壓)是電磁波對所有在其下物體表面所施加的壓力.
註三:重力半徑是指黑洞的半徑.
註四:光子就是光.
註五:X射線又稱X光.


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什麼情況下會產生黑洞?

紅超巨星:大質量恆星

超新星爆炸:太陽質量三倍以上

恆星質量在太陽的三十倍以上

或殘核質量在太陽質量的三倍以上


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各種黑洞介紹

kerr black hole 克爾黑洞(史瓦茲黑洞)

primordial black hole 原始黑洞

middleweight blackholes 中量級黑洞

giant black hole 巨大黑洞


時空之旅: 黑洞-蟲洞-白洞-另一個宇宙


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黑洞的歸宿

若黑洞產生輻射,它便會逐漸失去質量,當所有質量皆蒸發掉時,會發生什麼是?目前還沒有明確的解答.


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小型黑洞

到目前為止,所談的黑洞形成機制只能產生質量大於太陽質量三倍的黑洞.我們相信小型黑洞只能在宇宙初開頭一秒內的極端環境下誕生,現在仍有小型黑洞存在嗎?理論上是可能的,但目前仍是疑案.


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霍金蒸發

到目前為止,真的沒有東西可逃出黑洞嗎?著名英國天文學家霍金得到了一個驚人的結論,他發現理論上黑洞亦會如普通黑體一樣發出輻射,這便是霍金蒸發理論.原來黑洞亦有溫度,而它的溫度和質量成反比,即質量越大,溫度越低.普通星體所形成的黑洞溫度低到根本無法測量,但只要我們能夠找到小型黑洞,其蒸發過程卻是可以觀測到的.


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非星體黑洞

理論上,黑洞是沒有質量上限的.它們可以超乎想像的大和重,我們稱這種黑洞為特大質量黑洞.我們在不少星系中心都找到這種黑洞.


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尋找黑洞

理論上,我們也許永遠看不到黑洞,但這不表示我們沒有辦法找到它們.假如質量超過三個太陽質量,而且它非常細小又漆黑一片,我們便很有理由相信這是黑洞.通常,黑洞會被吸積盤所環繞,兩極更有噴流.當物質流入黑洞,會發射出強烈的X射線.(註五)X射線源亦是尋找黑洞(或中子星)的重要方法.天鵝座X-1便是最早發現的懷疑黑洞.


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旋轉黑洞

旋轉黑洞又稱為克爾黑洞,它們的特性和以上所說的靜止黑洞很不同.旋轉黑洞有內外兩個事件彆界,而它們之間的區域稱為能層.在能層內的物質會被黑洞自轉所帶動,但仍有機會逃離黑洞的魔掌.內事件彆界才是真正的死亡線,一旦進入便永無翻身之日.


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黑洞的特性

黑洞由一些質量頗大的星體經重力塌縮後,所剩餘的東西.它的基本特徵是有一個封閉的視界.這個視界就是黑洞的邊界,一切外來的物質和輻射可以進入這個視界以內,但視界內任何物質都不能從裡面跑出來.恆星質量越大,體積越小,引力的羈絆便越大.愛因斯坦的相對論斷言宇宙中最高的速度便是光速,所以如所需的逃逸速度大於光速,那麼宇宙中包括光在內的一切都不可能逃離引力的魔掌,這顆恆星便成為黑洞.黑洞是引力極強之地,光線路徑扭曲的程度,足以令光線無法逃避.在黑洞附近,光線(包含宇宙所有其他物質)能否逃離黑洞,至今仍是個謎.


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黑洞的誕生

當一顆質量(註一)相當大的星體核能耗盡後,沒有輻射壓力(註二)去抵抗重力,平衡態不再存在,這個星將全面塌縮成為中子星.若其質量大於三個太陽質量時,那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力 ,星體將斷續塌縮至它的重力半徑(rg,註三)範圍之內;這時,引力之大,足以使一切粒子(包括光子,註四),都被引 回星體本身,不能外逸.這就形成黑洞.


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第一次個人明水研究

整理黑洞資料精華:

讀一遍網路蒐集的資料---用螢光筆標示重點---
把資料整理成心智地圖---用鉛筆圈出不懂的名詞(回家查)

畢旅照片

G-5(劍湖山)

貼圖練習-愛ㄉ電影

名偵探柯南電影13-漆黑的追跡者

研究內容

• 整理黑洞的資料(用黃色螢光筆標示)
• 整理白洞的資料(用黃色螢光筆標示)
• 整理蟲洞的資料(用黃色螢光筆標示)
• 整理相關科學家的資料(用黃色螢光筆標示)
• 整理結論.心得.動機

準備用品

• 鉛筆
• 紀錄表
• 黑洞.白洞.蟲洞資料
• 相關科學家資料(例如:霍金)