白洞可能是暗物质的神秘组成部分？

一项新的研究发现，理论上黑洞完全相反的白洞可能构成了神秘暗物质的主要组成部分，而这些暗物质被认为是宇宙中大部分物质的组成部分。研究人员说，其中一些奇异的白洞甚至可能早于大爆炸。黑洞拥有强大的引力，即使光，宇宙中最快的东西，也不能能逃脱。围绕黑洞核心不可见的球形边界，标志着它的不返回点，即它的视界。黑洞是爱因斯坦广义相对论的一个预言。另一种被称为“白洞”，就像一个反向的黑洞：而没有任何东西能从黑洞的视界逃逸出来，可以输入一个白洞的视界。

在这张由哈勃太空望远镜拍摄的照片中，星系群Abell 3827中暗物质的分布显示为蓝色等高线。图片：ESO/R. Massey

先前的研究表明，黑洞和白洞是相互连接的，物质和能量落入黑洞，可能从宇宙的某个地方或另一个宇宙的某个地方出现。2014年法国马赛大学(Aix-Marseille University)的理论物理学家卡洛·罗维里(Carlo Rovelli)和他的同事们提出，黑洞和白洞可能以另一种方式连接在一起：当黑洞死亡时可能会变成白洞。在20世纪70年代，理论物理学家史蒂芬·霍金计算出所有黑洞都应该通过发射辐射来蒸发质量。黑洞蒸发的质量比吸收的要大时，会缩小并最终消失。然而，Rovelli和他的同事们认为，如果空间和时间结构是量子的，那么缩小的黑洞就不会消失——这是由被称为量子的不可分割量子构成。

时空是研究中寻求统一广义相对论的量子，它可以解释引力的本质，量子力学可以描述所有已知粒子的行为，形成一个可以解释宇宙所有力量的单一理论。在2014年的研究中，Rovelli和他的团队提出，一旦黑洞蒸发到一定程度，它就不能再缩小了，因为时空不能被挤压到任何更小的空间里，黑洞就会反弹，形成一个白色的洞。Rovelli或：我们无意中发现了一个可能的事实，即黑洞在蒸发结束时变成了一个白洞。黑洞现在被认为是巨大的恒星在巨大的爆炸中死亡中坍塌形成。

然而，上世纪60年代和70年代的研究表明，在大爆炸后的一秒钟内，黑洞也可能产生，这是由于在快速膨胀的新生宇宙中，密度的随机波动。这些波动集中在一起的区域可能会坍塌形成黑洞。Rovelli和他的同事们指出，这些所谓的原始黑洞要比恒星质量的黑洞小得多，并且可能在宇宙生命周期中形成白洞。即使是直径很小的白洞也可能相当大，就像比沙粒还小的黑洞比月球更重。现在，Rovelli和研究的合著者，西班牙巴斯克地区大学的Francesca Vidotto认为，这些微小的白洞可以构成暗物质。

虽然暗物质被认为是宇宙中所有物质的5 / 6，但科学家们并不知道它是由什么组成的。顾名思义，暗物质是看不见的；它不发射，反射，甚至阻挡光。因此，暗物质目前只能通过它对正常物质的引力作用来追踪，例如恒星和星系。暗物质的本质是目前科学界最大谜团之一。根据太阳附近的恒星运动，暗物质的局部密度大约是每立方秒太阳质量的1%，也就是34.7立方光年。占这个密度与白洞，科学家计算出一个小小的白洞——远小于质子和1000000克的质量等于“半英寸的头发，需要每2400立方英里(10000立方千米)。

这些白洞不会发射任何辐射，因为它们比光的波长要小得多，所以它们是看不见的。如果一个质子碰巧撞击了其中一个白洞，白洞“就会弹回来”。不能吞下任何东西，如果黑洞遇到了这些白洞中的一个，结果将是一个更大的黑洞。就好像看不见的、微小的白洞在时间的黎明前还不够狂野，Rovelli和Vidotto进一步指出，宇宙中的一些白洞实际上可能早于大爆炸。未来的研究将探索在以前的宇宙中这些白洞是如何帮助解释为什么时间只在当前的宇宙中向前流动，而不是反过来的。Rovelli和Vidotto在4月11日的一篇论文中详细介绍了他们的发现，这篇论文提交给了重力研究基金会一年一度的关于引力论文竞赛。

博科园-科学科普｜文：Charles Q. Choi/Space