黑洞、白洞、虫洞的关系是什么？-黑洞与白洞与虫洞的关系

黑洞，白洞，虫洞这三个物理对象中，只有黑洞是完全被观测证实的。而白洞和虫洞则是在理论上研究黑洞的时候提出来的概念。其中白洞被普遍认为并不真实存在，而虫洞则被认为可能存在，但依然只处在理论研究阶段。关于他们三者之间的关系，其实还有着一些误解，下面聊一聊。

黑洞：

1915年，爱因斯坦完成了他史诗级的理论发现：广义相对论。该理论认为，时空本身可以被物质弯曲。仅仅在数个月之后，正在一战前线的德国物理学家卡尔·史瓦西便发现了广义相对论的一个精确解。这个解描述了一个球对称时空（所谓球对称是指空间各个方向看上去都是一样，例如大部分星体都有近似球对称性），但这个时空呈现出一个奇怪的性质，那就是好像这个时空中存在一个特殊的半径，在这个半径之内，所有的物体，包括运动最快的光都没办法逃离出去。由于光都逃不出来，所以它看上去是黑的，因此被称为黑洞，如上图所示。而这个特殊半径所包裹的球面称为视界（严格来说，我们经常听到的“事件视界”是这个球面在时空中划下的轨迹）。而史瓦西发现的这个解从此也被称为史瓦西时空。黑洞是一个在不考虑量子力学情况下，只能有东西进却没有东西出来的物体（考虑量子力学情况下，请看文末链接）。

白洞：

人们首先注意到，在黑洞的视界上，时空的性质好像变得奇异（也就是所谓的时空度规在那儿发散，不熟悉度规的话，请忽略）。但是奇异性也许是因为我们使用了不恰当的坐标系，因此人们开始通过变换坐标系来消除那些假的奇异性。这样，人们就把史瓦西时空扩大了（物理学家们称为延拓）。最大延拓之后的时空称为克鲁斯卡尔-塞凯赖什（Kruskal–Szekeres）时空，在这个时空中，除了有一个黑洞区域，我们还发现有一个白洞区域。这个区域与黑洞恰好相反，白洞是一个只有东西出来却没有东西进去的区域，如下图所示。

由于真实的时空并不是凭空从爱因斯坦的场方程出现的，而是由实际的物理过程产生。一般来说黑洞都是由坍缩的星体形成的，如果我们考虑这个过程，那么我们就会发现，原先白洞区域就会被一个坍缩的星体替代。居于此，物理学家普遍认为，白洞并不真实存在。

虫洞：

我们还是回到之前提到的那个最大的延拓时空：克鲁斯卡尔-塞凯赖什时空（后一个名字真难念，怪不得人们只说克鲁斯卡时空）。在这个时空中，除了发现有一个白洞区域，我们还发现黑洞外面还有一个新的洞外区域， 这个洞外区域不是我们所在的洞外区域，而是一个独立的新世界！这个新世界通过一个类似隧道一样的东西与我们这个世界相连，这个隧道便称之为虫洞，如下图所示

想象我们生活在图中的二维面上（为了可视化，我们总是需要压缩一维空间），那么那个隧道的表面在我们看来像是一个“球面”（图中的一系列圆），其中有一个圆很特殊，一旦越过那个圆，光也没有办法逃离出来。所以，虽然我们的世界（上面那个）与新的世界（下面那个）通过虫洞连接在一起，但是我们也没办法从一端穿到另一端去，除非你能做到比光速还快，才能从另一端跑出来。

因此，在一边的观察者看来虫洞其实像一个黑洞，因为东西掉进去了就出不来，对另一边的观察者来说也是一样。所以我们可以说，虫洞连接了两个空间区域，也可以说虫洞连接了两个黑洞，但是不能说虫洞连接了黑洞和白洞。如果是那样的话，那么从黑洞那边跳进去，自然就从白洞出来了。星际旅行岂非爽歪歪，你想得美！

（顺便提一下，1915年的史瓦西是在一战战场上感染了当时无法治愈的天疱疮情况下，在战地医院里写下的两篇有关广义相对论的论文的。1916病重的史瓦西返回了德国，并在不久后就病逝了。时年43岁，也可谓英年早逝。我所在校区还有以他名字命名的街道）

以下是关于黑洞方面我的其它回答：

什么是黑洞信息悖论（black hole information paradox）？746 赞同 · 148 评论回答