虫洞,一条打开充满可能性的宇宙捷径,那我们有可能穿越过去吗?

2019-09-25| 发布者: 小燕子| 查看: 5

如果有一条捷径能让我们能在时空中走去访问另一个星系会发生什么?科幻电影多年来多年来在想象这种可能性,但虫洞是真的存在吗?Everyday Einstein一直致力于探索我们遥远(甚至更远)的宇宙领域。

想象一下如果我们能跳到离我们最近的大质量星系邻居仙女座,从外面看我们的银河系会是什么样子的。

或者,我们如何知道新发现的类地系外行星是否适合居住?发一个探测器去检查!太空探索的主要挑战并不是我们的想象,甚至不是我们提出使太空飞行成为可能的新技术的能力,而是那浩瀚的宇宙。

“新视野”号(New Horizons)宇宙飞船用了9.5年才到达仍在我们太阳系内的冥王星。除太阳外最近的恒星距离我们超过26万亿英里!如果宇宙能给我们提供一条捷径,那星际旅行不就是很方便的了?

什么是虫洞?

自20世纪30年代以来,理论物理学家就猜想这种穿越时空的捷径是存在的,一开始称之为白洞,最终称之为爱因斯坦-罗森桥(Einstein-Rosen bridges)。一个白洞通过发射能量而阻止其他物质进入,就像黑洞的相反。(当然,黑洞允许物质和能量进入,就像加利福尼亚旅馆一样,一旦你进入,就永远不能离开。)由于“爱因斯坦-罗森桥”这个名字有点拗口而没有广泛使用,现在统一称为虫洞。

你可以将虫洞描绘成一种连接时空中两点的隧道。那条隧道可以是一条直的管道,也可以是一条更加蜿蜒的小路。如果虫洞是“可穿越的”,它可以作为通过时空的捷径,连接两个若没有虫洞的话就,实际上相距很远的点。虫洞可以连接单个宇宙中的不同地方,也可以连接不同的宇宙。

虫洞最常见的描述方式是想象你拿着一张代表正常空间的纸。把在空间中旅行想象成在纸上旅行。现在在每一端画一个点,把纸弯成两半,把这两个点放在一起,但不要让它们接触。如果你要在正常空间(即沿着纸页)旅行,从你的一个标记到另一个标记的旅行将比有一个隧道或“虫洞”通过它们之间的连接纸上两个点的空白空间的旅行要长。

现在是真正的问题。虫洞真的存在吗?

虫洞不能被直接或间接观察,但它确实存在于爱因斯坦广义相对论场方程的解中。对于那些不每天处理雅可比矩阵的人来说,这意味着我们可以把宇宙分解成许多不同的部分,然后用数学方程来说明这些部分如何结合在一起。

这些场方程就像脚手架,或者在其上面建立了宇宙。描述广义相对论或引力如何工作的方程不要求但允许虫洞存在。换句话说,广义相对论场方程的一个可能解是在时空中连接两点的虫洞。

虫洞不仅纯粹是理论上的认知,也有一些使虫洞变为现实的已知的问题,即使在爱因斯坦场方程之外的数学中也是如此。首先,它们是不稳定的,会很快崩溃。 如果隧道不断坍塌,任何时空旅行者都无法到达隧道的另一端。 然而物理学家已经发现,利用奇异物质的存在可以保持一个虫洞的开放, 所以这些都不会失去。外来物质,不要与暗物质混淆,是一种具有负能量密度和负压力的物质,被排斥而不是被引力吸引。到目前为止,奇异物质通常以粒子的形式出现在量子实验中,因此没有人知道是否有足够的奇异物质可以在一个地方形成一个虫洞。

哪怕我们能用奇异物质的重力排斥能力来支撑一个虫洞隧道,像斯蒂芬·霍金为代表的其它物理学家们已经提出:任何物质,即使是一个粒子,进入虫洞,数学就要求虫洞坍塌。这对星际的空间和时间的旅行来说是一个坏消息。

虫洞潜能

虫洞是科幻小说爱好者(如“超时空接触Contact”或“死亡幻觉Donnie Darko”)和理论物理学家的热门话题,因为这是一条打开很多可能性的捷径。我们在一生中去另一个星系旅行或者探索平行宇宙的存在都成为可能。虫洞不仅允许太空旅行,而且允许时间穿越。我们可以回到太阳系形成的早期,解决关于月球是如何形成的争论,或者解决银河系中心超大质量黑洞是如何形成的这个谜,而这一切只是作为开始。

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