姚诗煌
在浩瀚无际的宇宙中，黑洞可算是十分神奇的怪物了。它似宇宙中一头贪婪的猛兽，一切企图接近它的物体，都会被无情地吞噬，甚至连瞬息万里的光也不能例外。因此，有人说它是宇宙中一个捕获物质和光的“陷阱”，不幸的陷落者将在那里消失得无影无踪。它又像神秘的“隐身人”一样难觅影踪，只有从受其引力场影响的邻近恒星的运动，或被它吞食的高温气体发出的Χ射线，人们才能测知它的存在。
早在一七九八年，法国天文学家拉普拉斯就推测宇宙间可能有黑洞。他说：“一个密度如地球而直径为二百五十个太阳的发光恒星，由于其吸引作用，将不允许任何光线到达我们这儿。”而根据爱因斯坦的广义相对论，则从理论上预言了黑洞的存在。按照爱因斯坦的观点，当恒星的密度增加到相当程度时，引力将在某一临界半径下开始无限地增加，一直增至无限大，从而使一切东西都无可逃逸。德国天文学家史瓦希尔德计算了这个可怕的临界半径。对于质量相当于一个太阳的天体，其临界半径为三公里，如果该天体收缩到临界半径内，它将会“隐然而逝”，成为黑洞。
那么，恒星为什么会产生如此剧烈的收缩呢？原来，在恒星的生命史上，贯串着辐射和引力的对立统一。当具有相当质量的恒星死亡时，内部的热核燃料消耗殆尽，原来因燃烧、辐射所产生的排斥力衰减，因而抵挡不住物质间的巨大引力，就会产生引力坍缩。巨大的引力坍缩可以把恒星物质挤压到无限、趋向零的体积内，形成所谓的时空奇点，造成极大的密度。如果像月球这样大的天体，缩成黑洞时，直径只有五分之一毫米，就像一粒灰尘；地球如缩成黑洞，即相当于一粒弹子那么大小；像太阳这样半径有六十九万五千公里的恒星，坍缩时将缩小到半径只不过三公里，只有火星木星轨道间一个小行星那样大。
黑洞的存在，表明了自然界物质运动形式的无限丰富性、多样性。对黑洞的研究，促进了人类对宇宙演化规律的认识。但是，令人迷惑不解的是，在黑洞内部，难道真的只有神秘的引力存在，而不存在相对立的斥力吗？
事实并不如此。近年来，科学家利用量子力学探求黑洞的性质，发现对于什么东西也根本不能逃脱黑洞的这个普遍概念，必须作某些修正。我们知道，在所谓“空”的时—空里，其实并不空，而是布满着“虚”的正粒子与反粒子对。每一对里的两个成员，在时—空的某一点上同时出现，忽而分离，忽而跑到一起，然后互相湮灭。而在黑洞的邻近处，当这对粒子—反粒子之一掉进黑洞以后，那么其另一个就失了“伴侣”，也就是失去了湮灭的对象。如果这颗“未亡”粒子没有跟着它的“老伴”一起掉进黑洞，那么它就可能逸至无穷远处。于是，从外界的观察者看来，黑洞就在放射着粒子或反粒子，好像起着一种“蒸发”作用。据说，宇宙间存在着许多小黑洞，它们的直径可能不会超过一个原子，它们在逐渐蒸发，向宇宙渗出亚原子粒子和高能γ射线，并且温度逐渐升高。最后，在威力相当于几百万枚氢弹的巨大爆炸中“死亡”。
近些年来，天文学家又提出了宇宙中可能存在着黑洞的对立┪铩—白洞的假设。白洞也是根据爱因斯坦广义相对论预言的一种特殊天体，不过与黑洞的性质正好相反。它拒绝任何外来的物体进入它的内部，而只允许它里面的物质和辐射通过边界辐射出来。在白洞内，所有的物质都只能从中心向外运动，而绝不能反向进行。这样一来，原来聚集在白洞中心周围的超高密态物质就具有一种向外喷射的趋势，它将不断地向外提供物质和能量，却不吸收外部区域的任何物质和辐射。一切物质和辐射在这里都变为只出不进，使白洞成为宇宙中一个发射物质的巨大“源泉”。
白洞内的物质既然只出不进，那么它里面的超高密态物质最初是从哪里来的呢？人们很容易联想到，它是否是由黑洞转化来的？黑洞内的超高密态聚集物质，除了在一定的条件下，会通过“蒸发”作用向外逃逸外，是否还会通过某种其他形式，转化为白洞，从而抛射出来呢？但是，在广义相对论体系中，黑洞和白洞不能在一个地方同时共存，因此黑洞直接转化为白洞的可能性不大，而可能表现为另一种尚未被人所知的转化形式。
有人就认为，黑洞内的物质，是通过一种“隧道效应”，转化为白洞的。也就是说，那些白洞内的物质，竟是由相距极其遥远的黑洞，或者另一个其他宇宙中的黑洞所提供的。有人还提出了一种宇宙膨胀的气球模型来论述，认为我们的宇宙与另一个其他的宇宙是分别处在同一个“气球”的内外表面上。“气球”膨胀时，两个宇宙一起膨胀，它们可以通过我们宇宙中的黑洞与另一宇宙中的白洞相互联系，并将物质和能量输送到另一宇宙中去。同样，另一宇宙中的黑洞，也会将它聚集的物质和能量，输送到我们这个宇宙中来，从而形成一个抛射物质和能量的白洞。而比较流行的看法认为，白洞是宇宙大爆炸时遗留下来的致密核心，它们的爆发时间被延迟了，故白洞又称为“延迟核”。
白洞还只是一种假想的天体，尚未被观测所证实。不过，利用白洞模型，也确实能解释一些高能现象。由于白洞周围也具有很强的引力场，可以把周围的尘埃、气体和辐射吸引到它的边界上来，产生很高的加速度，从而与从白洞内高速向外喷射的物质相碰撞，产生极其巨大的能量辐射。用白洞模型来解释宇宙背景Χ射线和γ射线的来源，也得到了与观测结果相近的能谱。所以，这种看来“奇妙”的理论，仍不失为是一种科学的假说。
黑洞和白洞，都反映了自然界物质运动的复杂性和多样性，随着宇宙科学的发展，人们将进一步揭开它们的奥秘。
(选自《科学导游》(2)，1980年)