黑洞、白洞、蟲洞都是宇宙中的特殊極端存在，它們的共同點(diǎn)為：都是引力導(dǎo)致的極端結(jié)果，遵從愛因斯坦引力場方程（簡稱場方程），公式表述如下：
這個(gè)公式的推導(dǎo)過程很復(fù)雜，這里就不展開說了。雖然這三個(gè)“洞”都是由于引力場導(dǎo)致的，但性質(zhì)卻完全不一樣。它們到底是什么，躲在哪里，分別了解這幾個(gè)“洞”后就知道了。
黑洞簡單地說，黑洞就是物質(zhì)壓縮到極限產(chǎn)生的一種奇異現(xiàn)象。理論上任何物質(zhì)都有可能壓縮到極限，從一個(gè)原子，到一個(gè)星球，只要壓力足夠大，都有可能成為一個(gè)黑洞。這個(gè)壓力要多大呢？沒有一個(gè)具體數(shù)值，但物質(zhì)被壓縮的極限是有公式計(jì)算的。
這個(gè)公式就是史瓦西半徑公式，表述為：R=2GM/C^2。這里的R表示史瓦西半徑，G為引力常量，M為物體質(zhì)量，C為光速。這個(gè)公式是1916年天體物理學(xué)家卡爾·史瓦西，根據(jù)愛因斯坦剛發(fā)表不久的廣義相對(duì)論中引力場方程推導(dǎo)出來的。
這個(gè)公式的意義就是，任何物質(zhì)只要被壓縮到自身質(zhì)量的史瓦西半徑以內(nèi)，就會(huì)發(fā)生奇異變化：所有物質(zhì)會(huì)無法避免地墜落到核心的奇點(diǎn)上，并以史瓦西半徑為界形成一個(gè)球狀空間，這個(gè)空間具有無限曲率，任何物質(zhì)一旦進(jìn)入這個(gè)空間就再也無法逃逸，只能墜落到中心的奇點(diǎn)上，連光也不例外。
這個(gè)史瓦西半徑有多大呢？根據(jù)公式計(jì)算，一個(gè)氫原子質(zhì)量約為1.674*10^-27kg（千克），其史瓦西半徑就是約2.48*10^-54m（米）；地球的質(zhì)量約為6*10^24kg，史瓦西半徑約為8.9mm（毫米）；太陽的質(zhì)量約為2*10^30kg，史瓦西半徑就約為2964m。
科學(xué)家們認(rèn)為，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中，通過接近光速的粒子對(duì)撞，巨大的壓強(qiáng)有可能制造出原子級(jí)別的微型黑洞。這種想法還只是存在理論上，這種微小的黑洞目前尚未能捕捉到。理論上，宇宙大爆炸時(shí)期會(huì)留下許多微型黑洞，根據(jù)霍金輻射理論，原子級(jí)黑洞會(huì)瞬時(shí)蒸發(fā)，因此至今還沒有發(fā)現(xiàn)這種微型黑洞。
宇宙中，已發(fā)現(xiàn)最小的黑洞在太陽質(zhì)量3倍以上。這些黑洞都是大質(zhì)量恒星在死亡時(shí)，內(nèi)部發(fā)生熱核失控，引發(fā)超新星大爆炸后，極端的壓力將核心部分物質(zhì)壓縮到自身質(zhì)量的史瓦西半徑中，從而成為一顆黑洞的。
一般認(rèn)為大于太陽質(zhì)量30~40倍的恒星，死亡時(shí)會(huì)直接留下一顆黑洞。宇宙黑洞的形成原因，還有大質(zhì)量天體的碰撞、吸積，超過質(zhì)量臨界點(diǎn)而坍縮形成。比如中子星通過吸積，質(zhì)量超過奧本海默極限，就會(huì)被壓縮成一顆黑洞。
理論上因?yàn)楹诙促|(zhì)量都在核心的奇點(diǎn)上，而那個(gè)奇點(diǎn)無限小，這樣黑洞就被理解為體積無限小，密度無限大，曲率無限大，熱量無限高。這4個(gè)無限的前提是體積無限小，才導(dǎo)致后面三個(gè)無限的出現(xiàn)。
黑洞曲率無限大，是指史瓦西半徑內(nèi)，其臨界處又稱為黑洞事件視界。所謂曲率就是質(zhì)量導(dǎo)致周邊時(shí)空的扭曲，表現(xiàn)為引力。在距離遙遠(yuǎn)的地方，其引力依然遵循萬有引力定律，是與質(zhì)量成正比與距離平方成反比的，與任何天體的引力是一樣的。
由于黑洞史瓦西半徑內(nèi)引力無限大，任何靠近黑洞的物質(zhì)都會(huì)被“吃掉”，有去無回，因此黑洞就會(huì)變得越來越大?，F(xiàn)在宇宙中發(fā)現(xiàn)最大的黑洞，名為SDSS J073739.96+384413.2，質(zhì)量是太陽的1040億倍。
這就是黑洞的前世今生。
中子星變黑洞的過程中子星是目前宇宙中發(fā)現(xiàn)密度僅次于黑洞的天體，是中大質(zhì)量恒星，也就是約8~30倍太陽質(zhì)量的恒星，在演化后期發(fā)生超新星大爆炸后，核心部分留下的一個(gè)致密的核。
這個(gè)核的半徑只有約10km（千米或公里），密度高達(dá)1~20億噸/cm^3（立方厘米），表面壓力達(dá)到10^28個(gè)大氣壓，比地形壓力大33萬億億倍，比太陽中心壓力大3.3億億倍。
中子星的質(zhì)量一般維持在太陽質(zhì)量的1.44~3倍左右。根據(jù)泡利不相容原理，小于太陽質(zhì)量1.44倍時(shí)成不了中子星，只能成為白矮星，由電子簡并壓支撐星體形態(tài)；而中子星則依靠中子簡并壓支撐著重力壓，保持著中子星形態(tài)，當(dāng)質(zhì)量超過臨界點(diǎn)時(shí)，中子簡并壓就無法支撐重力壓力，從而中子星無法保持星體形態(tài)，很快坍縮成一顆夸克星或黑洞。
由于中子星引力巨大，會(huì)將周邊附近的天體或星際物質(zhì)不斷吸積到自身，不斷增加質(zhì)量，因此蛻變成更致密天體的可能性很大。
夸克星還是一種理論假想的存在，目前還沒有發(fā)現(xiàn)這種天體，所以，一般認(rèn)為中子星超過奧本海默極限會(huì)直接坍縮成黑洞。奧本海默極限就是中子星探索的質(zhì)量臨界點(diǎn)，這個(gè)臨界點(diǎn)目前還沒有準(zhǔn)確定論，科學(xué)界經(jīng)過觀測發(fā)現(xiàn)和理論推算，一般認(rèn)為在太陽質(zhì)量的2~3倍之間。
黑洞是恒星（或任何天體）的頂級(jí)尸骸，就是任何天體變成黑洞后就到頂了。
白洞白洞是與黑洞正好相反的一個(gè)理論猜想，只是物理學(xué)家們根據(jù)愛因斯坦場方程假設(shè)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型。迄今為止，白洞還沒有被觀測證實(shí)。這個(gè)模型的基本定義是，黑洞不斷吞噬宇宙物質(zhì)，白洞卻正好相反，不斷向宇宙中噴射出物質(zhì)。
理論上黑洞和白洞都是宇宙中的極端天體，黑洞的引力無限大，白洞的排斥力無限大，它們都有一個(gè)封閉的邊界，進(jìn)入黑洞視界的物質(zhì)是有去無回，連光也不例外；而白洞的視界不允許任何物質(zhì)進(jìn)入，只出不進(jìn)，同樣連光也不例外。
因?yàn)榘锥催€只是理論上存在的一種假設(shè)天體，因此白洞的成因說法不一，其中比較有代表性的觀點(diǎn)是，宇宙大爆炸開始時(shí)，由于爆炸不充分不均勻，一些沒來得及爆炸的致密核被拋射出來，這些被拋出的致密核仍處于奇點(diǎn)狀態(tài)，只是爆炸延遲了，有的延遲了100多億年才爆發(fā)，這種爆發(fā)就是白洞。
類星體核心巨大的引力源就是一個(gè)白洞，噴發(fā)出的物質(zhì)與周圍物質(zhì)發(fā)生碰撞，不斷迸發(fā)出高能射線。
除此之外，還有幾種觀點(diǎn)：之一，白洞是黑洞的“反演”，就是當(dāng)黑洞坍縮到了極限會(huì)發(fā)生質(zhì)變，也就是反坍縮爆炸，由此從向內(nèi)吸積能量轉(zhuǎn)化為從核心向外噴發(fā)能量；之二，就像宇宙中存在著正負(fù)物質(zhì)一樣，白洞和黑洞是宇宙中的正洞和負(fù)洞，一個(gè)釋放能量，一個(gè)吸收能量，性質(zhì)相反。
還有觀點(diǎn)認(rèn)為，黑洞吸收的物質(zhì)，會(huì)從另一端的白洞噴發(fā)出來，連接黑洞和白洞的這根管道就是蟲洞。黑洞和白洞有可能處于相同時(shí)空，但距離遙遠(yuǎn)的兩個(gè)區(qū)域，也可能分別處于正反不同性質(zhì)的兩個(gè)時(shí)空。
不過這些理論迄今為止，依然是公說公有理，婆說婆有理，因?yàn)闆]有觀測到蟲洞的真實(shí)存在。那么蟲洞到底存不存在呢？很難說。科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最大樂趣，莫過于根據(jù)理論提出的預(yù)言，最終被證實(shí)真實(shí)存在。黑洞和引力透鏡就是這樣被發(fā)現(xiàn)的，白洞會(huì)被發(fā)現(xiàn)或最終被否定嗎？我也不知道。
蟲洞蟲洞也是根據(jù)愛因斯坦場論提出的一種預(yù)言?！跋x洞”這個(gè)概念最早于1916年由奧地利物理學(xué)家路德維希·弗萊姆提出，后來，愛因斯坦和納森·羅森兩位物理學(xué)家對(duì)這個(gè)理論進(jìn)行了完善，因此人們又把蟲洞稱為“愛因斯坦-羅森橋”，也叫時(shí)空隧道，意指連接兩個(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)空的多維空間隧道。
這種時(shí)空連接很可能會(huì)連接到“嬰兒宇宙”，也就是宇宙誕生后不久剛剛誕生星系和恒星的時(shí)期，這種時(shí)空距離我們有138億光年，甚至更長。
通俗地說，蟲洞猶如高速路或火車穿越山峰的隧道，如果沒有這個(gè)隧道，要到山的另一面就需要翻過山巔，或彎許多路，而穿越隧道就近很多。因此蟲洞被認(rèn)為是宇宙空間存在的“捷徑”或“抄近道”，有了這個(gè)捷徑，就能夠?qū)崿F(xiàn)遙遠(yuǎn)時(shí)空的瞬時(shí)轉(zhuǎn)移，比如很快到達(dá)嬰兒宇宙，到達(dá)目的地所需時(shí)間相對(duì)不走捷徑，就會(huì)超越光速許多倍。
但這種“跨越”并沒有增加速度，只是“抄了近道”，不違背光速極限的原則。因此，蟲洞穿越是人類突破速度瓶頸，或者說突破光速藩籬的一個(gè)可能選項(xiàng)。但蟲洞也像白洞一樣，還只存在于科學(xué)幻想和理論猜想階段，并沒有發(fā)現(xiàn)真實(shí)存在，未來能不能發(fā)現(xiàn)或利用，也還是一個(gè)未知數(shù)。
有關(guān)蟲洞的成因，也有多種說法。比如前面說的，黑洞與白洞之間存在一個(gè)物質(zhì)輸送管道，就是蟲洞；還有白洞和黑洞碰撞，會(huì)形成蟲洞等等。
總體上說，蟲洞是巨大引力場作用下形成的時(shí)空漩渦，巨大質(zhì)量的天體旋轉(zhuǎn)及其相互作用過程會(huì)對(duì)時(shí)空造成扭曲，形成時(shí)空漩渦或陷阱。這有點(diǎn)像海水中的巨大漩渦，無處不在但又轉(zhuǎn)瞬即逝，有些漩渦能讓兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的局部瞬間離得很近，這種時(shí)空漩渦在宇宙中就被稱為“蟲洞”。
由于蟲洞具有不確定性和轉(zhuǎn)瞬即逝的性質(zhì)，即便發(fā)現(xiàn)蟲洞真實(shí)存在，能否利用也頗有爭議。有人認(rèn)為，只有負(fù)能量或暗物質(zhì)能夠維持蟲洞的穩(wěn)定。而負(fù)能量和暗物質(zhì)在目前也還是一種理論假設(shè)，人們并不清楚這些玩意到底是什么。
因此，蟲洞穿越現(xiàn)在還只是個(gè)科幻或神話，或許永遠(yuǎn)是個(gè)神話。
結(jié)論：從以上介紹，我們可以看出，黑洞、白洞、蟲洞說起來都是“洞”，但不是普通的洞，而真正可以說有點(diǎn)像洞的，只有蟲洞，其余的兩個(gè)都是一種特殊天體。從根本上說，這三個(gè)“洞”都是引力場導(dǎo)致的現(xiàn)象或者說存在，但它們之間具有完全不一樣的性質(zhì)，對(duì)人類未來的影響和作用也不一樣。
目前，科學(xué)家通過巨大努力和代價(jià)，已經(jīng)拍攝出了第一張黑洞照片，證實(shí)了黑洞的真實(shí)存在。但白洞和蟲洞還只存在于理論階段，未來能不能發(fā)現(xiàn)，能不能被人類所利用尚無法定論。
是否說清楚了？若有疑問，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言，一起討論。感謝閱讀。
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