蟲洞——穿越時空的橋樑

不知道大家是否有看過一部科幻電影《穿越(the beyond)》,電影講述一個蟲洞出現在地球上空的太空中,軍方和航天局都發現了它,剛開始人們都覺得那是黑洞,試探著將一個探測器放入其中探測信息,探測器抵達並拍攝一系列照片,經過專家對黑洞邊緣的事件視界分析發現,這不是一個黑洞而是一個蟲洞,光從四周進來再從四周分散出去,這是利用蟲洞這一理論作為題材的,儘管整部影片中沒有給我們展示出太多的關於蟲洞的理論設計,但這個劇本卻也還算可以。

而在科幻影片中,如《降臨》、《星際穿越》等科幻影片,提及很多天體物理學的相關知識,可以說是一部科普關於黑洞、蟲洞及時空旅行的科普片。而在《星際穿越》中穿過黑洞邊界飛船細節描述的真實感,那種從未體驗過的穿過事件視界的感覺,在霍金的理論中顯的晦澀難懂,正是這些科普色彩的科幻電影才將這些有趣的知識傳播給更多的人,也帶給了大家新奇的體驗!

蟲洞——穿越時空的橋樑

我們都知道,宇宙中,這三個神奇的存在,它們可能誕生於宇宙誕生之前,它們也是當今世界上神秘的存在,沒有人真的能夠了解它們,它們分別是——黑洞、白洞、蟲洞。

而對於這三洞,我們最熟悉的地方,就是在科幻作品中常出現的“穿越”,特別是蟲洞,往往被認為是構建時空隧道的通道,而最終通向何方,也不過是我們的猜測。

蟲洞,最初產生於對史瓦西解的研究中。物理學家在分析白洞解的時候,通過一個阿爾伯特·愛因斯坦的思想實驗,發現宇宙時空自身可以不是平坦的。如果恆星形成了黑洞,那麼時空在史瓦西半徑,也就是視界的地方與原來的時空垂直。在不平坦的宇宙時空中,這種結構就意味著黑洞視界內的部分會與宇宙的另一個部分相結合,然後在那裡產生一個洞。這個洞可以是黑洞,也可以是白洞。而這個彎曲的視界,就叫做史瓦西喉,它就是一種特定的

當然,在很早之前,便有科學家猜測白洞與黑洞相撞會形成蟲洞。蟲洞連接黑洞和白洞,在黑洞與白洞之間傳送物質。在這裡,蟲洞成為一個阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋,物質在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子,然後通過這個蟲洞(即阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋)被傳送到白洞並且被輻射出去。

蟲洞——穿越時空的橋樑

通過時空結構的假想通道。蟲洞可想像為通過時空的捷徑,即連接兩個黑洞或(更具猜想性)一個黑洞和一個白洞的宇宙地道。一個蟲洞的‘另一端’可以在空間的任何地方,也可以是時間的任何一刻,使得經過蟲洞的任何物體轉瞬之間出現在宇宙的其他部分——不僅僅是另一個地點,也可以是另一個時刻。

特別是在廣義相對論方程式描述蟲洞的解時,在理論提出不久後,也就是1916年就找到了,不過那時沒有做這樣的說明。阿爾伯特·愛因斯坦本人於1930年代在普林斯頓與內森·羅森的合作研究,發現史瓦西解所代表的黑洞,實際上就是他們稱之為兩個平坦時空區之間的橋(現在叫做愛因斯坦—羅森橋)的東西。雖然這些方程式被當作數學精品進行了研究(特別是約翰·惠勒及其同事們的工作),但1985年前無人把它們視為宇宙的真實特性,因為數學上研究過的所有例子都只能打開短短一瞬,在任何東西,包括光,尚未來得及通過地道時就“砰”地一聲重新關閉了。

蟲洞——穿越時空的橋樑

自此,蟲洞這一理論思想,便成為了科幻作家所喜愛的一個題材,但科學家一般認為必定有某條自然定律阻止了蟲洞的存在。但是,當加州理工學院的相對淪學者們在1980年代試圖證明這點時,卻發現無法做到。廣義相對論(這是我們現有最好的引力和時空理論,它通過了對它進行過的所有檢驗)中沒有任何東西禁止蟲洞的存在。不僅如此,基普·桑尼和他的同事們還發現愛因斯坦方程式甚至有允許存在長壽命蟲洞的解。

這樣一個蟲洞的‘嘴巴’看起來應該像一個球形黑洞的視界,但有一點重要區別。視界是一個單向表面,沒有東西能從它裡面出來。但一個蟲洞嘴巴的表面則允許雙向交通。如果我們朝一個另一端在織女星附近的蟲洞裡面張望,我們將能看見織女星的光從通道里面出來——而織女星附近的觀測者從另一端朝這同一個蟲洞裡面張望時,也將看見太陽的光。

但一個人類能通過它旅行的大蟲洞仍然是極端困難的,而從一切實用目的來看也許是不可能的,不過,這在一些科幻作品中卻是很常見的。但物理學家們著迷於也許存在普朗克長度規模天然蟲洞的可能性。這種蟲洞提供基本的泡沫狀時空結構,由蟲洞纖維編結出時空織物本身。

蟲洞——穿越時空的橋樑

如果是這樣,那就會有很多奇特的可能性。例如,這種細小的(超亞微觀)蟲洞可以連接宇宙中相距遙遠的區域,使信息得以洩露,從而保證地球上的物理學定律與遙遠類星體上的定律相同。或者一個小蟲洞與我們的宇宙斷開,並開始通過暴漲長大成為一個獨立的宇宙。

其實,在霍金的《時間簡史》中也有解釋:“蟲洞是連接宇宙遙遠區域的時空細管兒。它也可把平行宇宙或者嬰兒宇宙聯繫起來,並提供時間旅行的可能性”,因此,蟲洞又被稱為愛因斯坦-羅森橋。雖然目前有少數科學家理論上能推斷出它的存在,但它的方程的解仍還是很模糊,無法推斷大的蟲洞。因為蟲洞需要大量的負能量維持,因此宇宙中唯一有希望產生蟲洞的就是黑洞的霍金輻射。所以,蟲洞被設想為連接著黑洞和白洞的紐帶。

可以說,黑洞、白洞和蟲洞的神秘,是揭開宇宙之謎的一個重要線索,它們很有可能就是開啟宇宙之謎大門的鑰匙,或是讓我們尋找到其他宇宙存在的可能性。

未來,人類若是要探測更深更遠的宇宙,就需要先了解宇宙,發現宇宙,認識宇宙,逐漸的去了解宇宙中的每一個神秘之處,這樣才能讓我們的文明走得更遠,視野更加的開闊。


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