宇宙位于蟲洞內核 穿越蟲洞不是夢

宇宙位于蟲洞內核 星際穿越將比想象容易

蟲洞被科學家們認為是連接多維宇宙的通道,然而,根據美國印第安納大學的理論物理學家最新研究發現,我們的宇宙可能自大爆炸之前,一直處于兩個宇宙相連接的時空管道,即一個蟲洞的內部。根據大爆炸理論,宇宙是由一個致密致熱的奇點膨脹到現在的狀態的。這是宇宙物理學關于宇宙起源的主流理論,現在宇宙物理學的幾乎所有研究都與宇宙大爆炸理論有關,或者是它的延伸。但是,大爆炸理論無法回答我們的宇宙在大爆炸發生之前到底是什么樣子。


蟲洞

  蟲洞亦可能是連接黑洞和白洞的時空隧道,所以也叫.灰道”。在這時,白洞可以看成時間呈現反轉的黑洞,進入黑洞的物質,最后應會從白洞出來,出現在另外一個宇宙。這是本次研究中一個非常重要的概念。

 

  蟲洞于理論上提供了時間旅行的可能性。霍金在《時間簡史》中闡述:一個空間旅行者可利用相對于地球靜止的蟲洞作為從事件A到B的捷徑,然后通過一個運動的蟲洞返回,并在他出發之前回到地球。


蟲洞

  人們曾一度傾向于描述一個簡單的宇宙,其中能量和密度都以物質的形式出現:4%的普通物質,加上96%的暗物質。但實際觀測從來就沒有與此相符合過,且這種不一致隨著時間流逝而變得越來越尖銳。暗能量的概念,在此時應運而生,試圖將宇宙結構及其特性合理化。這種不可見的、能推動宇宙運動的能量,可以解釋觀測到的物質密度和理論預言的臨界密度之間70%至80%的差異。

 

  之前,利用基于歐幾里得坐標系統的各向同性坐標,印第安納大學的理論物理學家尼科德姆·波普瓦夫斯基描述了黑洞引力場,并為黑洞內大質量粒子徑向(沿著直徑的方向)行動建模。根據其計算,在大爆炸之前我們的宇宙就處于蟲洞中:由另一個宇宙中某巨大星體的坍塌創造的一個蟲洞,成為了通向另一個宇宙的時空管道。在蟲洞的此端與彼端間,可能發展出與大爆炸相聯系的類似環境,我們的宇宙,最終就于這個蟲洞中誕生。


  波普瓦夫斯基描述的場景乍聽起來匪夷所思,但以該理論為基底,卻能解決多項宇宙學中令人困惑的謎題,解釋目前人們觀察到的宇宙膨脹現象。

 

  這其中,就包括引力、宇宙膨脹與暗能量的糾結關系:如果有另一個宇宙,其在我們的宇宙之前就已經存在,引力就可追溯到一個點上,該點強弱核力與電磁力已經統一起來。同時,若我們身處的宇宙現在正在向蟲洞末端膨脹的話,這種運動就能夠解釋宇宙的膨脹,而不必引入至今難以捉摸的暗能量。


蟲洞#p#分頁標題#e#

  在該次建模過程中,研究人員著重于兩種不同類型的黑洞,觀察粒子穿越其.事件穹界”(黑洞的邊界)上的徑向運動。他們的觀點是:物體在黑洞內部的運動模式只有通過實驗和實際觀察才能得知,但自始以來人們只能觀察到黑洞的外部,無法窺其內在,除非一個觀察者進入黑洞內部或者原本就居住在黑洞內部。但如果我們的宇宙本身就處在另外一個更大宇宙的黑洞之中,那么就可以滿足這個條件。

  然而現在仍需要更多的證據來證實,如果證實的話,或許我們以后可以進行時間旅行,到達另一個世界。

蟲洞連接黑洞及多維宇宙 開辟時空穿越通道

NASA最新一項科學研究數據顯示,黑洞天體很可能是產生其他宇宙的蟲洞。如果事實的確如此,那么它將幫助揭開一個名為黑洞信息悖論的量子謎題,但批評家認為它也可能引發新的問題,例如蟲洞最初是如何形成的。

  黑洞是內部具有強大引力場的天體,這樣強大的引力使得即使是光也無法逃逸。愛因斯坦的廣義相對論認為當物質被擠壓成非常小的空間時就會形成黑洞。盡管黑洞無法被直接觀測到,但天文學家已經鑒別了很多很可能是黑洞的天體,主要是基于對環繞在其周圍的物質的觀測。

黑洞

  法國高等科學研究所的天體物理學家蒂博·達穆爾(Thibault Damour)和德國不萊梅國際大學的謝爾蓋·索羅杜金(Sergey Solodukhin)認為這些黑洞天體可能是名為蟲洞的結構。

  蟲洞是連接時空織布中兩個不同地方的彎曲通道。如果你將宇宙想象為二維的紙張,蟲洞就是連接這張紙片和另一張紙片的.喉嚨”通道。在這種情況下,另一張紙片可能是另一個單獨的宇宙,擁有自己的恒星、星系和行星。達穆爾和索羅杜金研究了蟲洞可能的情形,并驚訝的發現它如此類似于黑洞以至于幾乎無法區分兩者之間的差別。
 

霍金輻射

黑洞

  物質環繞蟲洞旋轉的方式與環繞黑洞是一樣的,因為兩者扭曲環繞它們的時空的方式是相同的。有人提出利用霍金輻射來區分兩者,霍金輻射是指來自黑洞的光和粒子輻射,它們具有能量光譜的特性。但是這種輻射非常微弱以至于它可能被其他源完全湮沒,例如宇宙大爆炸后殘余的宇宙微波背景輻射,因此觀測霍金輻射幾乎是不可能的。

  另一個可能存在的不同便是,蟲洞可能沒有黑洞所具有的視界。這意味著物質可以進入蟲洞,也可以再次出來。實際上,理論家稱有一類蟲洞會自我包裹,因此并不會產生另一個宇宙的入口,而是返回到自身的入口。
勇敢者的游戲

黑洞

  即便如此,這也沒有一個簡單的測試方法。由于蟲洞的具體的形狀不同,物質跌入蟲洞之后可能要花費數十億年之后才能從里面出來。即使蟲洞的形狀非常完美,宇宙最古老的蟲洞目前也尚未.吐出”任何物質。#p#分頁標題#e#

  看起來似乎只有一條探尋天文學黑洞的途徑,那就是勇敢的縱身一躍。這絕對是一個勇敢者的危險游戲,因為如果跳入的是一個黑洞,其強大的重力場將會撕裂我們身體的每一個原子;即便幸運的進入了一個蟲洞,內部強大的引力仍然是致命的。

  假設你能幸存下來,而蟲洞恰好是不對稱的,你會發現自己處在另一個宇宙的另一邊。還沒等你看清楚,這個蟲洞也許又把你吸回到所出發的宇宙入口了。
悠悠球運動

黑洞

  .太空船也能做這樣的悠悠球運動,” 達穆爾說道,.(但是)如果使用自己的燃料,你就能從蟲洞的引力中逃逸”,然后探索另一邊的宇宙。

  不過在宇宙這一邊的朋友也許得等上數十億年才能再次見到你,因為在蟲洞里的穿行時間將會非常漫長。這樣的延遲使得在蟲洞兩邊的有效通訊變得幾乎不可能。如果能夠發現或者構建微觀蟲洞,這種延遲可能短至幾秒鐘時間,索羅杜金這樣說道,這潛在的支持了雙邊通訊。

  研究黑洞形成和蟲洞特性的美國俄勒岡大學尤金分校的斯蒂芬·許(Stephen Hsu),也認為利用觀測區分黑洞和蟲洞之間差別幾乎是不可能的,至少利用目前的科技是不可能實現的

外來物質

黑洞

  .黑洞最重要的特性就是落入黑洞的物體.有去無回”的臨界點,而對此我們目前還無法進行測試。” 斯蒂芬說道。但目前被認為是黑洞的天體也可能的確是黑洞而非蟲洞,這種情況也并非不可能。目前存在不少關于黑洞形成的可行情景,例如大質量恒星的坍塌,但有關蟲洞是如何形成的則仍是未知數。

  蟲洞可能與宏觀的黑洞有所不同,它需要一些外來的物質保持自身穩定,而這種外來物質是否真實存在又是個未知數。

  索羅杜金認為蟲洞的形成方式可能與黑洞相差無幾,例如都來自于坍塌的恒星。在這種情境下,物理學家一般認為會產生黑洞,但索羅杜金認為量子效應可能會阻止坍縮形成黑洞的過程,轉而形成了蟲洞。
微觀黑洞

  索羅杜金稱這一機制在更完整的物理學理論下將不可避免,后者統一了重力和量子力學的理論,它是物理學界長久以來的夢想和目標。如果這一理論是正確的,那么以往我們認為會形成黑洞的地方,就可能會形成蟲洞。

  而這一猜想并不是沒有方法對其進行測試,有的物理學家認為未來的粒子加速器實驗將能夠產生微觀黑洞。這種微觀黑洞有可能放射出可以計算的霍金輻射,以證明產生的是黑洞而非蟲洞。但是如果索羅杜金猜想的是正確的話,那么形成的會是一個微觀蟲洞,因此將不會產生任何輻射。.通過這樣簡單的測試就能辨別產生的是黑洞還是蟲洞。”#p#分頁標題#e#

  蟲洞的另一個優點在于能夠解決所謂的黑洞信息悖論。黑洞唯一能夠釋放出的就是霍金輻射,但這些霍金輻射將如何攜帶最初落入黑洞天體的原始信息,目前還尚不清楚。這種混亂效應與量子力學相沖突,后者禁止這種信息的丟失。

  .從理論上來說,蟲洞要比黑洞好的多,因此它不會發生信息丟失。” 索羅杜金說道。由于蟲洞沒有視界,物體無需轉化成霍金輻射就能自動離開蟲洞,因此也就不存在信息丟失的問題

穿越蟲洞不是夢
利用蟲洞實現星際旅行是一種最快的方式,也許它很快就不再是科學幻想!

  星際探險是人類恒久的夢想。我們一直渴望能夠站立在其他行星上,與外星文明進行接觸,并假定它們是友好的。但是我們的這個夢想一直被阻擋在空間旅行所要面臨的諸多局限跟前。

  阿波羅計劃,是迄今為止人類唯一一次親身前往其他世界的任務,宇航員用了三天多的時間,才得以到達月球。而以同樣的速度前往距離太陽最近的恒星——比鄰星,需要數百萬年。

  

  我們能夠想像推進技術的進步能夠將現在這種慢悠悠的速度提升到一個新的級別;但是還有數以百萬計的因素足以帶來令人生畏的挑戰。而假如我們現在就已經束手無策,那前往更為遙遠的恒星就談也別談了。

  你可能會想,愛因斯坦會不會有解決方案?實際上,這位相對論的創立者,也是首位在空間的捷徑方面作出想像的人,他真的有可能在某一天會讓星際旅行成為可能。在他的思想里,存在著一種能夠將宇宙的兩部分連接起來的假想方式,這種方式被稱為.蟲洞”,最初則叫.愛因斯坦-羅森橋”。它是由愛因斯坦和他的助手內森·羅森于 1935 年在一篇經典論文中提出的,這篇論文的題目叫《廣義相對論中的粒子問題》。

  

  愛因斯坦提出這些連接方式的動機原本與空間旅行無關。當時他是在嘗試把他大師級的廣義相對論,從一種物質與幾何學的平衡關系,轉變為一種.純凈”的幾何學,這種轉變看起來有點像魔術。

  根據廣義相對論的標準解釋,物質和能量團塊作用在時空網格上,會使之發生扭曲,并會使其他物體沿著它們的路線移動。物質使其在幾何學上發生彎曲,同時,幾何學特性也會對物質有引導作用。就像在蹦床上蹦跳的雜技演員,會使蹦床向下彎曲,而此時另一位在傾斜的蹦床表面行走的表演者,其前進的路線就會左右搖擺,而不再是一條直線。

  

  同樣,在太陽系中,太陽會彎曲臨近的時空,并引導行星以橢圓形軌跡運行,而非直線。

  引力場有其自身的能量,但它位于愛因斯坦方程式的幾何學一邊,而不是物質和能量一邊。愛因斯坦認為這是一種不平衡。因此他試圖設想出一種萬物理論,可以將宇宙中的一切套入這個模型中,包括其內在本質,愛因斯坦試圖通過純粹的幾何學,在與之相像的粒子身上找到廣義相對論解決方案。他和羅森從中發現了宇宙兩個不同部分間的橋狀連接,并希望這能夠幫助他完成他的.魔術”。但是在將其與實有的粒子相關聯時,卻找不到什么相似的地方,因此最終他們還是放棄了這個想法。#p#分頁標題#e#

  

  20 世紀 50 年代和 60 年代,普林斯頓的物理學家約翰·惠勒開始從事一項類似的開拓工作——即時空的幾何化——也被稱為.幾何動力學”。愛因斯坦和惠勒的不同在于前者抵制量子力學的概率統計方法,而后者對此表示歡迎,并希望找到一種能夠把一切都展示在陽光下的幾何學量子理論。

  惠勒給.愛因斯坦-羅森橋”起了個綽號叫.蟲洞”,他找到了一種能夠使粒子從類似實體的時空泡沫中涌現的方法。

  這些蟲洞會隨機地在幾何學泡沫中以量子波動的形式出現。場力線會依次從蟲洞通過,并產生出已知的粒子屬性,如電荷。在這種形式下,秩序會在原本純粹的無序中產生。

  

  蟲洞的一個簡單類型將廣義相對論史瓦西方案以兩個不同的面連接了起來。史瓦西方案詮釋了一個靜態的、不帶電荷的質量球體對空間的彎曲效應。惠勒認為這個方案同時也能夠為.黑洞”這樣高度緊湊的坍縮恒星內核提供一種模型。位于宇宙不同部分的這種黑洞,在原理層面,可以用蟲洞相連。但是,通過進一步的分析后,惠勒發現這樣的連接是不穩定的。

  20 世紀 80 年代晚期,惠勒的博士生,他的通俗版廣義相對論教材合作者,加州理工學院的物理學家基普·索恩,開始研究蟲洞這個課題,以滿足另外一種訴求:探索在星際空間中走捷徑的可能性。

  

  索恩的動力來自卡爾·薩根的請求。當時后者正在寫小說《接觸》,講述人類與外星文明的首次接觸。在薩根的情節設計中,需要有一種裝置,能夠快速地在星系之間旅行。他考慮了存在于黑洞之間的史瓦西蟲洞,但是索恩告訴他這行不通。即使有辦法讓它們保持穩定,黑洞之間的連接也會把旅行者壓碎、燒死。

  倒霉的宇航員在到達黑洞中央的奇點——這個密度無窮大的點時,會被像軟糖一樣拉長、燒焦。長話短說,史瓦西黑洞蟲洞是一個死亡陷阱,而非快車道。(旋轉的黑洞,或稱.克爾”黑洞,則是另外一種類型,它們的奇點像是一個環,有可能使人在某種情況下得以幸存。)

  索恩為滿足薩根對.友善”(或者說至少要對有經驗的宇航員足夠友善)蟲洞的需求而努力地進行了思考。他把這個問題交給了他的研究生米歇爾·莫里斯。廣義相對論擁有極強的靈活性,能夠構建任何類型的幾何圖形,而只需你為質量、能量的分布提供正確的配置。

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  令人震驚的是,莫里斯和索恩發現了一種廣義相對論蟲洞方案,這種方案擁有許多招人喜歡的特性。旅行者可以通過其穩定的.頸部”,在不同的空間之間進行穿越,而且在穿越的過程中,不會引起蟲洞的坍塌。

  旅行者在穿越這樣的蟲洞時,不會被拉伸或壓碎,反而會安全地,在合理的時間范圍內——比如說,不到一年的時間——從一端到達另一端。輻射量也會保持在最少的程度。薩根非常興奮,把莫里斯和索恩的方案加入了他的情節設計中。《接觸》在拍成電影時,由朱迪·福斯特出演,獲得了很大的成功。

  

  另外,莫里斯和索恩的論文,《時空中的蟲洞及它們在星際旅行中的用途:廣義相對論的教學工具》,以及隨后的一系列努力,使.可穿越蟲洞”這個觀點進入了主流物理學期刊。真可謂是一個偉大的勝利!

  作為一種假說,可穿越蟲洞方案的發展,釋放了人們大量被壓抑的對星際旅行的渴望。想像一下,通過地鐵一樣的網絡,將宇宙內相距遙遠的各部分連接起來,是一件多么令人敬畏的壯舉。如果地球受到威脅,蟲洞在理論上也能提供一種逃生通道。數十萬光年之外的外星文明也可以突然間就變得就觸手可及。不止是《接觸》,可穿越蟲洞也為大量科幻小說、電視劇和電影提供了靈感,其中包括最近的《星際穿越》(索恩是該片的監制和首席科學顧問)。

  然而,正如莫里斯和索恩所揭示的,進一步的研究工作確認,建造一個可穿越的蟲洞,需要一種自然界極其缺乏的成份——至少是缺乏大量的——即所謂的.奇異物質”。奇異物質具有負質量,因此能夠作為反重力的穩定機制,使蟲洞的頸部保持開放。

  

  

  乍看起來,負質量是不可能的。不管你吃不吃東西,都不可能將體重減去 50 公斤。然而,根據愛因斯坦的著名相對理論,質量與能量是相關的。而且,就像莫里斯和索恩所意識到的那樣,在量子物理中,有一種卡西米爾效應,允許負能量的存在。因此,這種負能量也許就能夠轉換成負質量。

  

  卡西米爾效應與量子真空中能量的變化有關。德國物理學家亨德里克·卡西米爾發現,假如你使兩塊金屬板間保持純粹的真空,并將它們互相靠近,其間的真空就會被.壓縮”,量子波動的模式也會減少。最終結果顯示,兩塊板之間的真空能量會低于其周圍的能量。假如周圍的能量為零,那么兩板之間的量子真空能量就會變成負的。內外能量之間的差異導致了負壓力,兩塊板因此得以互相靠近。#p#分頁標題#e#

  莫里斯和索恩指出,擁有負能量的量子真空區域,也許能夠被.開采”,并生產出奇異物質。因此,獲取奇異物質,也許并不是件太遙遠的事。

  而在 1998 年,宇宙的加速膨脹被發現后,涌現出了另一種可能性,即驅動暗能量的反重力排斥可能與奇異物質有著某種聯系,它也許和卡西米爾效應和負壓力的概念有關聯。但是人們至今還不能確定暗能量究竟是什么,所以也無須依賴這方面的發展。

  

  那研究者們有沒有可能從量子真空中獲得足夠多的奇異物質,來塑造可穿越蟲洞?這聽起來是一個不可能完成的任務。幸運的是,新西蘭理論學家馬特·維瑟發展出了一個替代蟲洞方案,在這個方案中,建造蟲洞只需少量的奇異物質。

  即使奇異物質被確認并投入使用,要建造一個可穿越蟲洞仍面臨著另一個障礙——需要大量的普通物質。研究者估計,其所需的物質總量相當于數百萬個太陽。很明顯,以這種方式建造蟲洞,還無法在可預見的將來實現。

  

  那么在自然界中是否有可能會存在可穿越蟲洞?如果有的話,那么假定我們運氣好,在可接受的距離范圍內可能就會有一個(當然也會足夠遠,因為它的巨大引力不致于會影響到太陽系)。我們能夠發現它,并利用它來探索銀河系嗎?也許有一天,這樣的科幻傳奇會變成現實,而我們也最終可以到達那些遙遠的文明。 

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