白洞是黑洞的穷亲戚，它被大多数天体物理学家所忽视。然而，一种振荡器的新概念却对两者的作用平等相待。

十五年来黑洞始终在天文学和天体物理学中占有中心地位。它们被用来解释范围广阔的种种宇宙现象，从轻得只有阿米巴原虫那样，即只有一亿分之一公斤（10-8公斤）的“超微体”，到质量足有太阳十亿倍的“超重体”。相比之下，黑洞的对立面白洞却一直备受冷遇。然而，某些新看法能把这两种概念结合起来，并指出一种途径，使白洞具有同目前黑洞同等的重要作用。

什么叫白洞呢？为了回答这个问题，不妨先回顾一下通过“重力塌缩”现象解释黑洞形成的通行说法。像太阳这样的星体能保持稳定的形态是由于内部热核反应所生高温，产生一种向外的强大压力。这种向外压力抵消了星体在本身重力作用下的体积收缩倾向。假如没有热核作用的向外压力，太阳将在自身重力作用下不到29分钟就缩成一个点。

然而，一旦核燃料耗尽，星体就将收缩，直至本身物质达到极高的密度。当基本粒子进入“简并”态，即每个粒子的存在空间达到量子力学规定的一个下限时，收缩终于终止。这种空间竞争产生一种向外压力，使星体达成新的平衡。此时该星体或为白矮星或为中子星，依其质量而定。白矮星所能具有的最大质量是太阳的1.44倍，中子星则不能重于太阳质量的两倍左右。任何质量更大的星体将于核燃料耗尽后在自身重力作用下完全塌缩。超重物体——譬如说质量高达太阳一亿倍——即使在热核反应造成的抗力下也将塌缩，换句话说，塌缩将在燃料耗尽前发生。

对于从邻近星体上观察这种塌缩现象的人来说，这种塌缩中的物体将在视野中消失。当星体的整个表面积等于半径为2 GM/c2的一个圆球时，就会消失而成为一个黑洞。式中G为重力常数，c是光速，M是星体质量。因此这一称作史瓦茨半径的临界半径仅取决于塌缩星体的质量。对于一个具有太阳这样质量的星体来说，史瓦茨半径约为3公里。当该物体进一步收缩时，它所发出的信号已不能越出史瓦茨半径的球面，就连光也不能幸免。把黑洞包涵在内的这种障碍称为视界。

虽然此时在另一个星体上的人已经看不见塌缩物体，物体本身仍将演变下去。从理论上讲，星体继续收缩直至达到所谓“时空奇点”，全部物质收缩为一个点人止，坐在该星体表面上的人仍然可以继续观察它的演变过程。阿尔伯特 · 爱因斯坦的广义相对论认为这种时空奇点意味着物体演化的终结。像太阳这样大小的物体在自身重力作用下塌缩至时空奇点需时29分钟。至少这是位于星体表面的人在他自身也消失为零度空间前测出的时间。

广义相对论有一个很有意思的特征，那就是时间既可前进也可倒退：它在时间上是对称的。所以原则上完全可以认为星体的塌缩是可以逆转的。一个庞大的星体在重力塌缩过程中外表面突破视界而进入时空奇点（图1a），在时间逆转情况下，该物体从时空奇点中出现，穿越视界而获得一种扩张的形式（图1b）。这种物体就是“白洞”。

这种以时间对称为基础的论据只适用于位于物体表面并随其运动的人。而对位于对物体中心来说是静止的远处观察者，这种膨胀或塌缩情景显然是不对称的。

对于远处的观察者来说，这两种情景最明显的差别是他所收到的物体辐射的性质。图1a表示塌缩阶段的情况。假定从塌缩表面S上的B点发出径向光波射向远在A处的人，这人相对于物体中心位置是固定的。那么当光从B点传向A点时光波将延长。这有两方面的原因。首先，由于光源和人反向运动，在都普勒效应下波长延伸。其次，爱因斯坦首先提出，光从强引力场到弱引力场波长将会延长。

假定天文学家能够从物体的光谱中鉴别出某些发射谱线，就可测出这种波长的增量。假如A点观察者实验室中某谱线的波长为λ0，而塌缩物体光谱中该谱线的波长为λ，那么Z=(λ-λ0)/λ0增量比就是该谱线的“红移”。

1.1.1

下面考虑在白洞情况下会出现什么现象。由B至A的辐射仍将受到都普勒效应及重力作用的双重影响（图1b）。然而这些作用有所不同。由于光从B附近的强引力场传向A附近的弱引力场，重力作用和原先一样仍倾向于使波长延伸。然而注意，此时S表面向A运动，都普勒效应倾向于缩短波长而产生“蓝移”。

所以对A点的净作用将取决于白洞的具体扩张情况。这可在图2中找到答案，图中横轴为时间，它以从B点发出的第一个信号到达A点的瞬间为零点，纵轴标志谱移量。起初都普勒效应占优势，呈强烈的蓝移。但膨胀放慢时，重力开始作用。最后蓝移变为零而转为红移。蓝移阶段通常限于物体尚在视界内的时候。

对于只熟悉黑洞的某些人来说：白洞的这种行为是令人吃惊的。但它系以合理论据为基础，爆炸初期看到的强烈蓝移也证明白洞的“白”字是有道理的。

1.1.2

在位于A点的人眼里白洞是什么样子的呢？讨论谱移的时候，我们考虑的是来自白洞的径向射线。然而它的整个形象也和非径向射线有关。而且，对于A点的人来说，白洞的景象取决于同一时间内到达他眼中的所有射线。而这些射线又并非在白洞同样大小时发出。有的到达A点时间要长一些，离开白洞时间也就早一些（当它较小时），有的射线到达A点的时间要短一些，离开白洞时间也就晚一些（白洞较大时）。还得考虑光线通过膨胀物体附近时时空高度弯曲的作用。白洞早期看来是以数倍光速扩张的。关于这点作者在和R. C. Kapoor合写的一篇文章中有所阐述，该文载于《天体物理学及空间科学》53卷155页。

白洞所发光的蓝移有什么意义呢？能不能把它和宇宙中什么可观察到的现象联系起来呢？1975年作者曾和Krishna Aparao用一个白洞的简化模型讨论过这个问题（《天体物理学及空间科学》35卷321页）。我们假定白洞是由均匀的尘埃，即无压力物质构成的。这种假设使我们能够明确地算出与白洞有关的许多动态。例如，假如膨胀面S发出固定强度的单色辐射，那么在强蓝移阶段白洞强度将只和频率的立方根成比例。反之，已知爆炸物体辐射强度和频率之间的关系，就可以确定发射表面S的光谱。

像赛佛特（Seyfert）星系这样的河外星系的爆炸核就可能是白洞。我们银河系中的瞬变X射线源可能和星际物体的白洞有关。Fred Hoyle爵士论证说，规模为1014个太阳质量的“特超重”白洞演化的最后结果是一大团一大团或超大型的一团团星系。当然，规模最大的要算是从大爆炸起不断膨胀的宇宙本身了。它也可认为是从时空奇点中喷发出来的白洞。

短期的强烈蓝移可表现为一阵高频光子的爆发（图2）。那么，过去十年来天文学家就已测出，至今还未能解释的阵发性7射线会不会和白洞有关呢？我们1975年的简化模型表明质量相当于一个恒星的白洞可以说明持续时间为10秒的银河系阵发性γ射线。光谱的“软化”（低能光谱的相对比例稳定增长）是白洞辐射的标志，而这在阵发性γ射线中是常见的。

白洞的概念早在60年代初期就讨论过，为什么其后一直没有通行呢？原因可能有两个方面。其一是兴趣问题。黑洞的形成在天体物理学方面是_完全清楚的，而它的结局，即塌缩物体的唯一前途无疑颇为特殊，但同时对于外界观察者来说，它又为视界所掩蔽而不可得知。相比之下白洞源自时空奇点，视界不能阻止人们看到这种奇异现象。物理学家往往不喜欢起源难以理解的系统，这种态度也是嫌弃白洞的原因之一。令人不解的是，宇宙的单点起源却被作为事实而接受，上述态度竟不起作用。

理由之二是数学方面的。它于1974年由D. M. Eardley提出（《物理评论通讯》33卷442页）。Eardley讨论了白洞起源处附近奇异的时空结构，并论证说，外界物质将会雪崩似地进入膨胀表面久这种物质降落的速度是如此迅速，它将使白洞的膨胀渐趋停止。Eardley认为白洞是一种高度不稳的物体，形成不久就将吸收周围物质而转变为黑洞。因此，白洞不可能作为一种能量机器而存在。

白洞支持者则从正反两方面驳斥上述论点。从反面驳斥的论据之一如下：不妨指出，大质量黑洞的支持者也有一道难过的关。广义相对论尚未表明质量约为一亿个太阳的塌缩，旋转超重物体能作为一个单一完整的整体得以幸存下来而成为一个黑洞。然而许多以黑洞为基础的理论却不言而喻地假定这种物质存在于宇宙中，并以此为依据着手推论。还不妨指出，大规模爆炸在宇宙中已有发现，从经验论的观点来看，这可以认为是白洞的依据。至于稳定性的说法还不能说是已成定论，因为还不能断定广义相对论本身在时空奇点方面是否可靠。

然而，我们还可以利用一种将黑洞和白洞概念结合起来的新看法，提出与上述情况相比富于建设性的论据。在前面有关重力塌缩的讨论中业已指出，当物体内部压力不能抵挡重力收缩时，星体就会发生塌缩。不言而喻，这就意味着塌缩一旦开始，就不能在随后阶段使其停止。这种假定的理由是，随着塌缩的进行，重力收缩力量愈来愈大，收缩力与残存的内部压力之间的差距与时俱增。广义相对论甚至还指出，任何用于反抗重力的因素必定具有能量。能量则具有一定当量的质量。它将吸引物质从_而增加重力。因此，超过一定阶段，任何抵消重力的挽救措施本身就将包含着失败的因素。

这种论据并不完善，假定有一种具负能的抗重力因素，物体收缩时它的强度增加得比引力还快。这种因素产生一种斥力，最后变得十分强大，终于使物体停止收缩而开始“弹跳”。不久前作者和Apparao探讨了这种弹跳物体存在的可能（《天体物理学及空间科学》81卷，397页）。

广义相对论初期，爱因斯坦自己提出过一种称为λ力的斥力。这种力的强度随着物质分布的扩张而增加，它在本文中是用不上的。然而，作者和Fred Hoyle在稳态宇宙论中曾用过另一种所谓C场的斥力，可以相当满意地解决上述问题。它以下列形式改变了重力塌缩的景象。

含少量C场的庞大物体当压力已不足维持稳定时即开始塌缩。此时C场对停止重力收缩并无作用。但是随着物体的收缩，C场强度逐渐增加，最后终于引起弹跳。因此物体开始膨胀并迅速加速。继续膨胀时速度下降，最后膨胀停止。这样就完成了一个振荡周期。

因此这种振荡器收缩时像黑洞，膨胀时则像白洞。然而这只是近似而不是酷似。物体外表任何时候都不会进入视界以内。即使振荡器的尺寸非常之小，也能满足这个条件。

这种庞大的振荡器可以将黑洞和白洞的大多数性质结合起来而不需导入时空奇点及视界等棘手的概念。而且官还可以用来为某些宇宙现象的燃料来源问题提供解释。然而，即使目前C场无论在经典物理或量子物理方面都没有导致任何概念上的困难，但吹毛求疵的人仍可能面对负场能概念逡巡不前。归根到底，这种概念的是否必要，将取决于对宇宙中种种狂暴现象的观察结果。

[New Scientist，97卷，1346期]

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* Jayant Narlikar是印度孟买塔塔基础研究所的天体物理学家。著有《引力较轻的一侧》一书，最近已由W. H. Freeman公司出版。