一、穿越虫洞可以快速抵达极为遥远的地方,这是什么原理?
虫洞是爱因斯坦广义相对论预言的一种奇异宇宙现象,虫洞不是一种天体实体,而是一个理想中的时空洞
虫洞又叫爱因斯坦~罗森桥,是指宇宙中可能存在连接两个不同时空的隧道,因此也可以称为时空隧道。这个概念1916年有奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出,1930年由爱因斯坦和美籍以色列裔物理学家纳森·罗森,在研究引力场方程时假设的一种天文现象,认为透过虫洞可以做瞬时转移或者时间旅行。
更确切地说,虫洞旅行是抄近道,走捷径。现在这个理论还有很多争议,说法也很多,并被看好是未来解决深空远距离航行,突破光速瓶颈的一个选项。但有一点必须说明,虫洞旅行并不是真正的超光速旅行,只是能够达到超光速的效果,而实际速度并不一定要达到或者接近光速。
现实是如果存在虫洞的话,虫洞附近的引力场也会极为强大,穿越虫洞的人可能会被强大引力潮汐撕成碎片。虫洞自身的张力也非常可怕(虫洞越大,张力越小),半径为1光年的“虫洞”的张力相当于每平方米上压上500万吨的重物,这足以破坏任何原子物质。所以,若想活着穿越虫洞,负能量物质组成的虫洞的质量都必须非常大才行。这样,试图在地球上建造可穿越虫洞也更加不可能了。除去理论层面的考虑,想通过“虫洞”构筑时空机器还面临着实际层面上的诸多困难。
霍金在《每日邮报》上发表文章指出三个穿越时空的方式,一是进入虫洞(科学家认为虫洞是时间裂缝和空隙),一个是进入黑洞,另外一个是以接近光速的速度飞行。
当然也有人提出了另外的观点,认为虫洞没有黑洞所具有的极端曲率视界,也就是没有无限引力场范围,这就意味着物质可以进入虫洞,也可以从虫洞中出去。
还有人认为有些虫洞会自我包裹,进入其中的物质或人不会从另一个出口出去,而是返回到自身的入口,但这个过程从外面惯性系看来需要数十亿年。这才是洞中方一日,世上已千年,不,是洞中只一瞬,世上已数十亿年矣。
总之,有关虫洞的理论还处于科幻状态,前程未卜,我们吃瓜群众还是等待科学家们取得突破再说吧。在此之前,我们看看科幻就行了,不必当真。
二、秒杀光速的三种速度是什么?
“量子纠缠的速度、宇宙的膨胀速度、虫洞的穿越的速度”这三种速度比光速快。
量子纠缠的速度就远远超过了光速,目前量子通讯已经被运用到生活中的方方面面了,特别是在我们中国。从理论上而言,任何粒子都是相对存在的,因此如果地球上的一颗粒子能够瞬时间实现和遥远的星际天边的一颗粒子产生信息的交流传递的话,那么这种速度必然是远远超过了光速的。
宇宙的膨胀速度,其实也是超越了光速的。自从138亿年前,宇宙发生了大爆炸之后,宇宙一直都在不断的膨胀,目前科学家猜测的宇宙的直径大约在920亿年光年。
这是人类完全无法触及的数字。至少如果人类一直朝着制造出一艘光速飞船的方向前进的话,人类永远都不可能触摸到宇宙的边界。因为宇宙在不断的膨胀,同时膨胀的速度也超过了光速的原因,这才使得宇宙的边界似乎一直在和人类捉迷藏。
虫洞的穿越的速度也是远远的超过了光速的。有很多位伟大的科学家都猜测虫洞是真实存在的。甚至有很多科学家认为,虫洞的入口也许就是黑洞。不然人类也很难解释被黑洞吞噬的物体最终都去了哪里。
虫洞就像是一个时空隧道一样,人类可以瞬时间的从虫洞的一边穿越到几千光年几万光年外的另一个星系星球上,显然这种速度也是远远超过了光速的。
三、爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?
在相对论中,爱因斯坦告诉我们,速度的极限是光速,大质量物体只能无限接近光速。光的速度不能超过的理论已经被科学家证实了。科学工作者用粒子对撞机加速。无论他们如何努力,粒子的速度只会增加99%,永远不会达到光速的100%。
对于人类来说,如果物体的极限速度是光速,那就没什么好消息了。我们可以通过光年来了解宇宙的距离。太阳的直径是2光年,而银河系只有10万光年。如今,人们可以看到距离我们930亿光年的宇宙,它可能仅仅是整个宇宙的冰山一角。
在这样广阔的宇宙中 探索 ,没有速度优势是不行的。即便我们的太空船光速99%,我们至多也只能 探索 太阳系附近,根本无法 探索 整个星系,更谈不上 探索 整个宇宙。若真如此,发展 科技 探索 宇宙有何意义?难道我们永远都受限制了么?
此时,相对论再次提出虫洞理论存在的可能性。昆虫洞穴又称时间洞或爱因斯坦-罗森桥,是时空的一条理论通道。其作用是将遥远宇宙的两端连接起来,实现快速穿梭其中,已超越传统的超光速。
当空间被严重扭曲时,就会打开虫洞。这让我们的太空船能够穿过这个洞,快速地到达宇宙的另一边。假如虫洞能被发现,宇宙的距离对我们来说就不成问题了。甚至在几百万光年之外的两个星系也能通过虫洞迅速到达。
爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?
虫洞是爱因斯坦广义相对论预言的一种奇异宇宙现象,虫洞不是一种天体实体,而是一个理想中的时空洞。
广义相对论是关于引力场的理论,爱因斯坦的引力场方程是里面最重要的部分,这个引力场方程表述为:
根据这个方程,人们从中引申出了很多解,比如史瓦西真空解,由此得出了宇宙存在黑洞的预言,同样根据这个史瓦西解还得出了白洞、虫洞的预言。根据爱因斯坦引力场方程,还得出了时空弯曲、引力透镜、引力波等预言,这些预言都被后来的观测发现一一证实了。
现在黑洞已经证实,“白洞和“虫洞”的预言尚没有证实。
虫洞又叫爱因斯坦~罗森桥,是指宇宙中可能存在连接两个不同时空的隧道,因此也可以称为时空隧道。这个概念1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出,是1930年爱因斯坦和美籍以色列裔物理学家纳森·罗森,在研究引力场方程时假设的一种天文现象,认为透过虫洞可以做瞬时转移或者时间旅行。
现在这个理论还有很多争议,说法也很多,并被看好是未来解决深空远距离航行,突破光速瓶颈的一个选项。但有一点必须说明,虫洞旅行并不是真正的超光速旅行,只是能够达到超光速的效果,而实际速度并不一定要达到或者接近光速。
因此虫洞旅行与爱因斯坦狭义相对论的光速限制是不矛盾的。
更确切的说,虫洞旅行是抄近道,走捷径。
本来两个星系之间相隔很远,比如银河系和仙女座星系相隔254万光年,即便实现了光速旅行,在地球人看来,前往仙女座星系的人单程也要用254万年,这在人类世界是无法接受的。但这时如果在银河系与仙女座星系之间出现了一个虫洞,人们不需要再走那看来直线实际上是非常弯曲的时空,从这个洞中瞬时就能够到达仙女座星系,这比光速快了多少倍?
但飞船本身并非超光速,完全不受光速藩篱限制。就像我们乘火车过隧道,如果没有这个隧道要弯200公里才能够到山那边,现在有了这个隧道,只需要1分钟就到了山那边。更厉害的比喻就像一张大纸,一只蚂蚁从纸的A面爬到B面同样位置,需要爬半天,这时纸张上出现了一个小孔,蚂蚁从这个小孔一钻就过去了。
上面说的山那边和纸的另一面就是另一个遥远的时空,火车还是那个火车,蚂蚁还是那只蚂蚁,但到达目的地的费时就完全不一样了。这就是虫洞或者时空隧道或者爱因斯坦罗森桥的妙用。
虫洞形成机制。
虫洞形成机制有多种解释,但总体上是根据爱因斯坦引力场理论得来的。早在300多年前,牛顿就发现了万有引力规律,让人们知道了在宇宙中每个角落都充斥着引力,牛顿没有解释引力的根源是什么。
爱因斯坦广义相对论解决了这个问题,用无可辩驳的事实证明了引力是由质量对时空的扰动产生。这个理论认为,任何具有质量的物体,都会对周边的时空造成扰动,就像在水中丢下一颗石子,不管石子的大小都会对水产生扰动,只不过是质量越大的物体产生的扰动越大而已。
这种扰动的表现就是物体在自己周边形成时空扭曲,形成时空漩涡或者陷阱,质量越大的物体时空漩涡或者陷阱就越大,这样两个物体的时空漩涡会相互影响,相互掉到对方的陷阱,就表现出相互吸引的现象,而小天体经过大天体附近时,会掉进大天体的时空陷阱中,就表现出小天体被大天体吸引的现象,这就是万有引力的本质。
宇宙中存在着无数大大小小的天体,因此在宇宙中就存在着各种各样的时空漩涡和陷阱。当一些极大引力场出现时,比如星系、黑洞、类星体等等,会在自己周边形成巨大的时空漩涡,这些时空漩涡相互碰撞很可能形成一些奇异的空洞,这种空洞就是虫洞。
这有点像多股激流碰撞中形成的一些漩涡,这些漩涡有时候可以直通水底。
也有一种说法认为虫洞出现在黑洞和白洞之间,认为黑洞极端的时空曲率使奇点处物质被碾碎为基本粒子,然后从另一个时空的白洞辐射喷出,连接黑洞与白洞之间的就是虫洞。时空通讯不太认同这种观点,因此不展开来说。
黑洞、虫洞、白洞是三胞胎,但还只有黑洞产出。
黑洞、虫洞、白洞都是爱因斯坦引力场论得出的结论,也可以说都是这个方程的解,被视为爱因斯坦的预言。但迄今为止,只有黑洞被证实在宇宙中真实存在,并拍摄到了第一张黑洞照片。当然,黑洞本身是人眼看不到的,但黑洞的引力场效应使它周边会发生许多奇异的天象,人们就是根据黑洞理论并观测这些天象来了解黑洞的,拍摄的照片也是黑洞引力场形成的吸积盘和能量射线,总体上还是间接了解和“看到”黑洞,不过这些间接都与理论相契合,因此是正确的。
虫洞和白洞目前并没有观测到,理论上也还有不少争议。
很多人对虫洞寄予了很大希望,认为虫洞穿越和曲速航行是将来突破速度瓶颈,在恒星甚至星系之间穿梭的一个最好选项。一些理论认为,虫洞两头时间流速是不同的,两边是存在时间差的不同时空,这样从一端洞口进去时是12点,另一端洞口出来时就还是12点,穿越虫洞的人感觉并不耗费时间,是瞬时穿越。
也有人认为,即便虫洞真的存在,也很难利用。因为虫洞很不稳定,随时出现,也可能随时消失,且虫洞都比较小,理论上很难容得下一艘飞船通过。还有理论认为,负能量是撑开虫洞并且固化维持虫洞的工具,只要有足够的负能量,不但可以利用虫洞,还可以人工制造虫洞,就是所谓的时光机。
至于虫洞里面的情况,也有多种说法。
科幻电影中,进入虫洞的飞船周围充斥着由星光和辐射形成光怪陆离的视觉幻象,飞船穿越其中就像在享受一场光彩的盛宴。
但理论认为,进入虫洞并没有那么舒服。虫洞里面的引力场巨大,当接近虫洞时,引力潮汐力就会对飞船和人体产生拉伸作用,最终在巨大引力张力作用下,飞船和人体全部被拉碎成亚原子粒子,从白洞或者虫洞的另一端辐射而出,虫洞穿越过去的只是一堆粒子。
要解决这个问题,就是虫洞必须足够大,大到什么程度呢?根据引力场公式计算,半径至少要达到1光年。1光年是多少?就是9.46万亿千米,旅行者1号以每秒17km的速度走了四十多年,才走了222亿千米,只是1光年的426分之一。
看起来这个光年级尺度的虫洞对我们来说是一个很大的洞,但相比到254万光年距离的仙女座星系,只是一个小小的通道。如果真有这样的通道存在,其引力场效应是非常大的,相隔数百万光年就能够感觉到这种影响,因为要维持这样一个虫洞,所需的负能量将是银河系所有可见天体质量的100倍。
因此理论上,在距我们数百万光年范围的星系没有这种虫洞存在。
当然也有人提出了另外的观点,认为虫洞没有黑洞所具有的极端曲率视界,也就是没有无限引力场范围,这就意味着物质可以进入虫洞,也可以从虫洞中出去。
还有人认为有些虫洞会自我包裹,进入其中的物质或人不会从另一个出口出去,而是返回到自身的入口,但这个过程从外面惯性系看来需要数十亿年。这才是洞中方一日,世上已千年,不,是洞中只一瞬,世上已数十亿年矣。
总之,有关虫洞的理论还处于科幻状态,前程未卜,我们吃瓜群众还是等待科学家们取得突破再说吧。在此之前,我们看看科幻就行了,不必当真。
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爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?
相信大家在很多科幻片中,都看到过人们可以通过一个“虫洞”实现瞬时的空间变换,从而感觉像是突破了时间的藩篱以及光速的限制,达到高效的时空旅行的目的。而关于“虫洞”的预测,是基于爱因斯坦的广义相对论推导出来的,具体来说就是从广义相对论中推导出黑洞和白洞这两个特解,然后人们基于黑洞和白洞的特性,在此基础上想象出存在着一种特殊的“时空通道”来连接黑洞和白洞,因此从实质上来说,虫洞与黑洞和白洞有着本质的区别,它不是一种物质,也不是一种天体的结构。
爱因斯坦广义相对论改变了人们以往对宇宙时间和空间的认知,从时空统一的角度,将宇宙天体的运动转化为在一定速度下时空不断发生改变和结果。从某种意义上来说,广义相对论解决的是引力场的问题,借以深入阐释物体在引力场中的运动规律。引力场方程可以用如下表达式体现:R_a-1/2*g_a*R=8π*G*T_a/c^4,其中R_a指的是奇张量,即空间弯曲程度;g_a指的是时空度规;T_a指的是物质的能量—动量张量。通过这个引力场方程,人们可以对万有引力引发时空弯曲的效果比较形象地进行理解和定量的预测,基于此,类如黑洞、引力透镜、引力波等推导出来的特解已经被实验观测所证实,而关于白洞和虫洞的特解虽然能够预测出来,但至今仍然没有被科学界观测到。
对于黑洞的预测,是基于广义相对论中对于引力产生机制的进一步引申。物体的质量越大,则对周围空间的扭曲作用就会越大,使得这个物体周围其它物体会沿着空间扭曲后的测地线运行。而测地线运行的一个外在明显特征,就是组成物体的微观粒子,受到引力场的作用,使其在沿着测地线运行过程中,都有着向着质心跌落的趋势,感觉就像被一只无形的手把物体牢牢“栓住”一样。
那么,质量越大的物体,那么其产生的引力场对空间弯曲的作用效果就会越明显,当物体质量大到一定程度以后,它对其周围空间产生弯曲的程度,已经达到了可以使光子都无法逃脱引力场束缚的地步,于是就形成了在一定范围之内,包括光线等所有的物质信息都无法展现出来,这个范围界限科学家将其定义为事件视界,能够产生这一现象的天体被称之为黑洞。
对于白洞的预测,是基于广义相对论特别是时间对称性的表述基础上引申出来的一种特殊天体。其特性与黑洞正好相反,其事件视界以内的所有物质,则会“源源不断”地从中心向外释放出来,而事件视界以外的物质,则由于视界及其以内区域所形成的强大排斥力而永远无法进入其中,即使是运行速度最快的光线,也不能照射进去,只能被反弹或者沿着弯曲的“负空间”发生偏移。
由于我们都无法从黑洞或者白洞所在位置 探索 到发出或者消失的光线,因此二者都不能直接通过观测仪器加以确定。科学家们已经通过引力透镜法、吸积盘观测等方法证实了黑洞的存在。而对于广义相对论中预测出来的另一种天体-白洞,目前还没有确凿的证据来证实,不过科学家们根据接收到的光谱多普勒效应,从中发现了在宇宙的某些区域,蓝移趋势明显大于红移的现象,同时还观测到了这些区域有明显的伽马射线暴、X射线暴现象,这些都与白洞的预测模型相吻合,从而使得科学家们认为白洞有极大的可能性是存在的,虽然仍有一些科学家对此表示怀疑。
而对于虫洞的预测,既来源于爱因斯坦的广义相对论对黑洞和白洞性质截然相反的预测,同时也加上了一些科学家的想象,既然黑洞“只进不出”、白洞“只出不进”,那么是否存在着可以连接二者的一个特殊通道,正好将它们首尾相连呢?不过,按照广义相对论的推测,黑洞和白洞并没有必然的联系,它们都只是一种极端引力场中物质运动形式的极端情况,二者完全可以独立存在。于是这个时候的想象对于虫洞的形成起到了至关重要的作用,美籍以色列裔物理学家纳森·罗森在研究引力场方程时,假定了极大质量天体在运行时的特殊情况,即会因为相互碰撞等形式,引发大规模的时空涟漪和空洞,这其中的空洞就可以视为连接两个不同时空的通道,因此虫洞也被称为爱因斯坦-罗森桥。
至于虫洞里面是什么,到目前为止谁也说不清楚,主要原因有两个方面:一方面我们无法确认虫洞是否真实存在,另一方面对于虫洞形成时所连接的不同时空,特别是巨大质量的黑洞和白洞的内部真实景象,我们也无从得知。但是通过不少科学家的理论推测和假设,我们也可以看出一些端倪,比如如果虫洞是连接黑洞和白洞的通道,那么势必它存在的空间范围会始终处于黑、白两洞的事件视界以内,在巨大质量引发巨大引力的作用下,理论上所有进入其中的物体,都将会受到引力的巨大撕扯作用,甚至可以将物质全部转化为亚原子级别。
还有的科学家通过广义相对论,认为在黑洞或者白洞事件视界以内,时空的巨大弯曲程度,足以违反平均类光能量条件,因此必然需要足够的负能量来支撑虫洞的形态,这样才能够确保处于虫洞内的物质,不会在引力作用下完全向奇点处坍缩。根据科学家测算,一个小型的虫洞,其所需要的负能量,所对应的物质质量,要比银河系中所有常规物质总质量还要大上100多倍,因此想要在银河系及其附近星系中发现虫洞,或者我们利用一定的条件制造出黑洞,在相当长的时间内都是非常不现实的。
四、比光速还快的速度是什么?
根据爱因斯坦相对论,真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。
光速与观测者相对于光源的运动速度无关,即相对于光源静止和运动的惯性系中测到的光速是相同的。
物体的质量将随着速度的增大而增大,当物体的速度接近光速时,它的质量将趋于无穷大,所以有质量的物体达到光速是不可能的。
只有静止质量为零的光子,才始终以光速运动着。光速与任何速度叠加,得到的仍然是光速。
速度的合成不遵从经典力学的法则,而遵从相对论的速度合成法则。
真空光速定义值:c0=299792458m/s。
但有些科学家认为,宇宙中有三种东西可能比光速还快。
第一种:光脉冲。
光脉冲就是光源按着一定时间间隔时断时续的发光,在真空状态下,在不同位置测到的光脉冲似乎以一种难以置信的速度在传播。
第二种:量子纠缠。
贝勒大学物理学教授杰拉德-克利弗尔认为,在“量子纠缠”现象中,信息的传播速度似乎比光速快。
第三种:宇宙膨胀速度。
宇宙中足够远的两点,膨胀退行“速度”超过光速,并不违反相对论。同时也意味着,如果距离足够远的两点,光是无法从一点传到另一点的,因为在有限时间内,光走过的距离总是小于膨胀增加的距离。
第四种:虫洞穿越。
虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来,并提供时间旅行的可能性。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道,所以也叫"灰道"。
五、虫洞究竟是什么,它真的可以穿越时空吗?
霍金推导出量子平行宇宙间存在着无数个虫洞,只是因为太小,人类无法穿越。
难道虫洞——这条时空捷径,真的被彻底堵死了吗?
当然不是,这一次打通虫洞的不是别人,正是霍金的赌友——基普·索恩。
对,就是这位科幻巨片《星际穿越》唯一的科学顾问,他在天体物理界更是如雷贯耳,堪称巨擘——全球最大引力波天文台LIGO的创始人。
要知道早在1999年,索恩就已预言:三大科学难题,21世纪必将会被破解——
黑洞是否遍布全宇宙?(已被证明普遍存在)
探测引力波是否真的存在?(2016年LIGO宣布首次发现引力波)
量子效应能否在宏观尺度上被观测到?(尚未证实)
三大难题,竟然已经成功预言了两个!可见这位科学大神有多神。
正式破题之前,顺便插播一下:为啥说霍金与索恩是一对儿赌友?
早在1975年,两人为了争论「天鹅座X-1是否存在黑洞?」结果杠上了。要知道霍金可是靠研究黑洞起家的,「霍金辐射」至今在黑洞研究领域无人出其右;索恩也不白给,曾是【黑洞】名词的创造者——惠勒的高徒。
于是两人签下对赌协议:如果索恩输了,得给霍金订阅4年的《私家侦探》杂志;要是霍金输了,给索恩订阅一年的《阁楼》。结果等到1987年,这本杂志开始定期寄到索恩家里,导致他老婆埋怨霍金好坏!?
言归正传,这一次打通虫洞的起因,并不是索恩要跟赌友打赌,而是受人之托——接受另一位科学神人的研究托付,此人就是科普巨星卡尔·萨根。
1985年,萨根寄给索恩一本手稿,这就是后来鼎鼎有名的Contact(科幻小说《接触》/《接触未来》,后来改编成科幻大片《超时空接触》)。
请求他解决一个科学难题:如何在不违背超光速的情况下,实现小说情节需要——地球人能够跟26光年之外的超级文明,实现超时空接触?
毫无疑问,除了友情之外,激发好奇心和挑战不可能,成为基普·索恩的主要驱动力。
当然,只靠这些是远远不够的,摆在索恩眼前的——虫洞问题可是个大问题,一个难以逾越的学术障碍,以至于引得无数英雄竞折腰。
最早的虫洞描述是在1916年,由奥地利物理学家弗莱姆Flamm,根据刚刚发表几个月的爱因斯坦广义相对论推导出来的,这是一个球对称、没有任何引力的虫洞,当然那时还没有虫洞这个叫法。
多年以后,是物理界的命名大师惠勒创造的Wormhole虫洞一词。
1930年代,爱因斯坦和罗森一起搞出了一个数学怪物,名叫「爱因斯坦-罗森桥」,其实就是虫洞——连接两个不同时空的狭窄隧道。从理论上首次证实了虫洞可以存在。
1963年,新西兰数学家克尔(提出著名的克尔黑洞)推导出,大质量的黑洞内部引力并非无穷大,存在着一个奇环(不是一个奇点),其实也是一种虫洞,通往另一个时空的隧道,理论上可以顺着这个奇环实现空间转移,或者时间旅行。
短短一年后,1964年,苏联物理学家伊戈尔·诺维科夫提出,一个跟黑洞理论正好相反的【白洞】理论,物质和光线都无法进入这个区域,但都可以从白洞钻出来。这一理论被虫洞专家拓展为:黑洞与白洞彼此连接,连接隧道就是虫洞。
等到20世纪70年代,霍金开始登场,从量子宇宙论推导出虫洞存在的必然性,只是尺度太小,人类无法钻过去。
以上这些科学大神的学术成果,既是高度,也是高墙——对于基普·索恩来说。
索恩要想完成朋友之托——在不违背科学原理的情况下,安全穿越虫洞,就必须跨过由虫洞理论构造出来的多道鸿沟:
虫洞引力效应极大,任何试图穿越的飞行物都可能被撕裂。
量子效应非常大,导致虫洞很不稳定,任何微小扰动都可能造成坍塌。
速度必须快过光速,这样才可能穿过虫洞。
虫洞里的时间膨胀效应非常大,甚至中心地带很可能完全停止。
看起来真叫人绝望!哪怕只是满足一本科幻小说的靠谱情节,看起来都难以逾越——基普·索恩到底如何才能搞定呢?
奇人必有奇招。他采用了反向操作。
首先,给出可穿越虫洞的主要条件:
引力效应最小值,避免穿越者被撕裂;
虫洞能够维持稳定、不会突然坍缩的最长时间;
虫洞必须支持双程时空穿越,而不是有去无回;
满足以上条件的虫洞,需要动用多大的能量?
然后,开始大量、精确地计算。为此索恩组建了一个「可穿越虫洞」研究小组,日夜兼程。
最终,完美演绎出了精彩结果,成为了卡尔·萨根科幻小说《接触》穿越情节的科学依据。
这也是索恩本人第一次出手——作为科幻作品的科学顾问,而最近一次就是与诺兰合作的《星际穿越》。
不仅如此,索恩还趁热打铁,伙同两个加州理工高材生一起在《物理评论快报》上,发表了一篇论文《虫洞、时间机器与弱能量条件》。
要知道该刊物可是曾毙过爱因斯坦稿子的(1936年《引力波存在吗?》)。
这意味着:全球顶级学术期刊破天荒——头一回刊发有关「时间旅行」的学术文章。
以往并不是没人写没人投稿,恰恰相反,每年海水如潮般涌入《科学》《自然》《物理评论快报》《英国皇家学会学报》……民科精神哪都有。
之所以全都被拒,并不是因为「时间旅行」论题不靠谱,而是这些文章都不是建立在爱因斯坦方程式,或者其他重要的物理原理上。
这篇论文不仅首次严肃严谨地论证了「时间旅行」,甚至给出一套「时间机器」的设计蓝本,成为此后无数科幻作品的时间机器模版。从此以后,基普·索恩让「时间旅行」成为科学界的一大显学。
六、虫洞能穿越吗?
据国外物理学家发现,我们也许有可能造出实实在在、能够穿越的虫洞,但前提是宇宙要多出几个维度才行。
虫洞是一条可以进行时空穿梭的神奇隧道,让星际甚至星系之间旅行不再是一个梦想。科学家认为虫洞极其不稳定,如果没有一种带有 负能量 的奇异物质让洞口保持张开状态,虫洞会在瞬间突然闭合。然而,根据德国和希腊物理学家进行的研究,虫洞无需借助这种奇异物质便可处于张开状态。这一研究发现意味着人类可能在将来的某一天在太空中发现虫洞。也许,一个先进程度远超过人类的文明已经借助虫洞构成的星系际地铁系统往返于不同星系之间,
要想造出虫洞,就要将宇宙的不同部分用“桥梁”或“隧道”连接在一起,这种结构一般被叫做“喉咙”。至于“喉咙”多大多长,完全由你决定,但一般来说,长度应该比你到目的地的正常距离要短。在爱因斯坦的广义相对论中,制造虫洞的方法相当简单直接:只需要造出一个黑洞,再将其与一个白洞相连(白洞的性质刚好与黑洞相反),然后你就得到了一条能够穿越时空的隧道。
但虫洞最大的问题在于极度不稳定。虫洞一旦形成,巨大的引力就会以比光速还快的速度将其扯碎,因此无法真正实现宇宙“抄近道”。
那么什么样的虫洞能成为可穿越的虫洞呢?一个首要的条件就是它必须存在足够长的时间, 不过没等星际旅行家穿越就先消失。因此穿越虫洞首先必须是足够稳定的。 一个虫洞怎样才可以稳定存在呢?索恩和莫里斯经过研究发现了一个不太妙的结果, 那就是在虫洞中必须存在某种能量为负的奇特物质!为什么会有这样的结论呢? 那是因为物质进入虫洞时是向内汇聚的,而离开虫洞时则是向外飞散的, 这种由汇聚变成飞散的过程意味着在虫洞的深处存在着某种排斥作用。由于普通物质的引力只能产生汇聚作用, 只有负能量物质才能够产生这种排斥作用。因此, 要想让虫洞成为星际旅行的通道,必须要有负能量的物质。 索恩和莫里斯的这一结果是人们对可穿越虫洞进行研究的起点。
研究人员甚至进一步提出,如果我们能设法直接观察到、甚至创造出一个虫洞,或许就意味着宇宙中还存在其它维度。
就像虫洞相关的所有理论研究一样,我们还不能得出确切的结论。没人知道蓝道尔-桑壮的理论、或者其它相关的理论是否正确,也没人能提出能够改变计算结果、甚至排除虫洞存在可能性的量子引力理论。
但这一结果依然耐人寻味。就像其它众多理论一样,它同样致力于丰富我们对引力的了解、 探索 广义相对论的极限。虫洞也许存在、也许不存在,但无论如何,为弄懂它们所做的这些努力必将增强我们对宇宙的认知。