虫洞爱因斯坦罗森桥开启异世界大门 连通黑洞

  • 日期:2018-04-22        来源:四川大学学术诚信与科学探索网         点击数:


  • 时间:2016-3-12 16:13:43 来源:科技讯

    虫洞是什么?爱因斯坦罗森桥连接宇宙,可实现瞬时移动和时空旅行,该理论的出现,也让人类对于宇宙的认识更近了一步,如果虫洞真的存在,是否将打开宇宙穿梭的新纪元?而虫洞和黑洞之间存在什么联系吗?如果虫洞的另一端就是黑洞的话,是否意味着平行宇宙的存在?

    虽然爱因斯坦和他的助手纳森·罗森(Nathan Rosen)最早不这么叫它,但是虫洞最初的确是他们的智慧结晶。

    当时他们正在试图用各方法来解爱因斯坦的广义相对论方程,以期用一个纯粹的数学模型来解释整个宇宙,包括重力,以及构成物质的各种粒子。其中包括的一种方法是将空间描述成两个几何面,其间由“桥”连接,而在我们的感知中,这些桥就是粒子。

    但是爱因斯坦和罗森在1935年发表的论文使得“穿越时空结构的隧道”这个概念得以流行,其它物理学家不得不认真地考虑这些隧道带来的影响。

    20世纪60年代,普林斯顿大学的物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)在研究“爱因斯坦-罗森桥”的数学模型时,创造了“虫洞”这一术语。

    他指出,这些桥很像虫子钻过苹果后留下的洞。一只蚂蚁从苹果的一端爬到另一端,选择一是绕着苹果弯曲的表面爬上半圈,选择二则是抄苹果上的虫眼这条小路。

    想象一下在更高纬的空间里,如果我们所处的三维时空就像是苹果皮一样弯曲着的,那么穿越高维空间实体的“虫洞”,必然可以让我们更快地在三维空间中的两个点之间往返。这听上去有些奇怪,但从数学上来说,这是的确是广义相对论的一个合理的解。

    惠勒意识到爱因斯坦-罗森桥入口的特性与史瓦西黑洞(Schwarzschild black hole)的描述恰好相符:一个由物质组成的球体,密度大到连光也无法从它的引力场中逃逸。天文学家认定黑洞是存在的,认为大质量恒星核心坍缩之后就会形成它们,所以黑洞可以同时是虫洞,亦即星际旅行之门吗?

    在史瓦西模型中,黑洞的核心是一个奇点,一个具有无限大密度的、中性的、静止的球体。惠勒计算了如果三维空间中两个相距遥远奇点跨越更高维度相连会发生什么——形象一点儿说,就是两个史瓦西黑洞通过隧道相连。

    他发现这样的虫洞天生就不稳定,这样的隧道可以形成,但是很快就会收缩“夹止”(即从中收缩断开),重新形成两个独立的奇点。

    这个过程非常快,隧道从形成到断开的时间如此之短,以至于连光都来不及从中穿过,而且如果宇航员想要从中通过的话,必然会遇到其中的一个奇点——这是件必死无疑的事情,因为奇点巨大的引力会将任何一个试图靠近的人撕得粉碎。

    索恩也在这部电影的配套书籍《星际穿越中的科学》中写道:“任何试图穿越(虫洞)的人或物都会在夹止过程中被毁灭。”

    所以,黑洞是个大问题。那,虫洞可能是什么?哈佛-史密森尼天体物理中心的阿维·勒布(Avi Loeb)表示其实要形成一个虫洞的话,我们还有很多可能性:“因为我们现在还没有一个理论可以很好地将广义相对论与量子理论统一起来,所以我们还不知道能够形成虫洞的时空结构都有哪些可能性。

    还有一个问题。索恩在他1987年的工作中发现,符合广义相对论的任何类型虫洞都会坍缩,除非它是由具有负能量的“奇异物质”支撑着的。

    当然,这两位科学家都认为,自然形成一个虫洞需要的奇异物质太多了,而且只有高度发达的文明才有可能收集足够的奇异物质,来维持虫洞的稳定。

    当然其他的物理学家并不太相信这一观点。“我认为一个稳定的,可以穿行的虫洞的存在会让人十分困扰,因为这与已知的物理学定律相违背。”马尔达西那表示。

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