[论文解读] Stability of white holes revisited

Igor Nikitin|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 13被引用 6

一句话总结

本文提出通过引入负中心质量，可使白洞稳定，从而在保持动态平衡的同时发射任意能量比例。该模型采用T对称、静态的场景，包含零壳层、径向流或光子气体，其中围绕负奇点的正质量包层通过极端引力红移实现宇宙审查，使外部表现类似黑洞，同时允许来自奇点的信号传播至无穷远。

ABSTRACT

It is shown that the models of white hole interacting with external matter can be made stable by introduction of a negative central mass. Similar results are obtained for the models of white hole, interacting with null shells, with radial flows of matter and with photon gas. In realistic models, a naked timelike singularity corresponding to the negative mass is hidden under a coat of positive mass, providing an extremely strong redshift for photons born in the Planck neighborhood of the singularity and observed at infinity, thereby realizing the principle of cosmic censorship in a relaxed form.

研究动机与目标

• 解决白洞在与外部物质相互作用时的不稳定性问题，特别是使用坍缩零壳层的模型。
• 研究T对称、静态场景中径向物质流或光子气体是否可产生稳定构型。
• 探讨负质量在稳定白洞模型中的作用，以及其在发射与吸收之间实现平衡的能力。
• 研究在负质量奇点周围存在大质量正包层时，宇宙审查如何通过极端引力红移以宽松形式实现。
• 确定此类系统是否可在外部表现类似黑洞，同时通过内部结构与信号特征保持可区分性。

提出的方法

• 在彭罗斯图中建模白洞与外部物质的T对称零壳层碰撞，其中区域C包含中心质量 $ m_0 $，允许其取正值或负值。
• 应用德雷-特霍夫形式化方法处理零壳层的界面，以计算质量重分布与穿越视界的能量流。
• 在径向流模型中计算米斯纳-沙普利质量，以识别中心是否存在负质量核心。
• 分析光子气体的托尔曼-奥本海默-沃尔科夫（TOV）方程，推导出具有负中心质量的静态、各向同性解。
• 评估负质量奇点普朗克邻域的引力红移效应，表明从奇点发出的光子在无穷远处经历极端红移，能量极低。
• 在各向同性、均匀性、静态性与T对称性下评估解的对称性与稳定性，特别关注次临界TOV区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 若引入负中心质量，白洞在与坍缩零壳层相互作用时是否仍能保持稳定？
• RQ2 负质量核心的存在如何影响白洞模型中视界的形成与稳定性？
• RQ3 T对称、静态解中，径向流或光子气体在多大程度上可模拟黑洞行为，同时保持中心类时奇点？
• RQ4 鉴于存在裸露的类时奇点，宇宙审查在这些模型中如何实现？
• RQ5 此类系统的观测特征为何，特别是来自奇点的红移光子爆发？

主要发现

• 引入负中心质量可稳定白洞模型在零壳层相互作用下的行为，使白洞能发射其质量的任意比例，包括入射壳层的全部能量。
• 在径向流模型中，米斯纳-沙普利质量计算证实中心存在负质量核心，与T对称、静态平衡一致。
• 在TOV方程下，光子气体模型产生次临界、高度对称的解，其特征为大质量正包层包围负质量奇点，保持各向同性与静态性。
• 在普朗克尺度奇点附近发出的光子，因负质量奇点（紫外红移）与正质量包层（红外红移）的共同作用，经历极端红移，导致在无穷远处表现为低能量信号。
• 该系统同时表现出白洞与黑洞的特性——既喷射又吸收物质——且可无限期保持稳定，类似于准黑洞或暗星。
• 奇异核心与膨胀包层的总质量在量级上极大，可能超过可观测宇宙的质量，暗示其理论平衡极限可能需要高能过程才能形成。