物理学家认为不存在天然虫洞

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  虫洞之所以非常吸引科幻迷,这是因为虫洞可以快速抵达另一个时空,也是目前为止我们能够想出的快速星际旅行的方法之一。否则从一个星系到另一个星系需要至少百万年的时间,对于一个掌握 星际旅行的文明而言,他们有办法在极短的时间内抵达另一个星系,而虫洞就是目前为止人类所认识到的一种可能性通道。那么,宇宙中存在天然的虫洞吗?

  物理学家认为不存在天然虫洞

  对于科学家而言,虫洞仍然是遥不可及的理论,我们对虫洞开放的技术原理完全不了解,只明白奇异物质能够提升虫洞的开放时间,而虫洞最大的特点是不稳定,也禁止物体从虫洞穿越。科学家已经发现打开虫洞的关键在于负能量,但我们永远也无法获得足够的负能量,这似乎是一个悖论,或许我们的技术还没有达到获得足够负能量的水平。因此基普·索恩认为如果虫洞是真实存在的,那么其一定是宇宙文明创造的,肯定不会是自然发生的,这一线索在《星际穿越》中就得到了体现,影片中科学家在木星附近发现了虫洞,说明是另一个高级文明创造的。

  虫洞概念统治了科幻界几十年的时间,几乎著名的科幻片都涉及到空间飞行、虫洞、时间旅行等等,而科幻电影则将虫洞概念进一步推向大众,似乎我们可以从科幻电影的发展中看到虫洞物理学的变化。基普·索恩在《星际穿越》中也嵌入了时间膨胀、超大质量黑洞的概念,让我们看到超大质量黑洞的可能外貌,这也是科幻与科学完美结合的一个经典案例。

  拓展

  物理学家首先提出来的虫洞是史瓦西虫洞,它是广义相对论中爱因斯坦方程其中一个解的产物。

  在研究爱因斯坦方程的过程中,物理学家发现除了时空中存在黑洞以外,还必须存在白洞。而白洞正好是黑洞的时间反演,里面的任何物质都会向外运动,穿过它的边界(也称为事件视界)之后就再也无法回到内部。除了黑洞和白洞这两个时空区域,还得有另外两个彼此完全隔离的时空区域,称为两个不同的“宇宙”。这两个宇宙与黑洞和白洞的关系如下:白洞中的任何粒子和信号都可以进入这两个宇宙,但都无法返回到白洞里;两个宇宙中的任何粒子和信号都可以进入黑洞,但都无法在从黑洞中逃离,只能撞上黑洞内的奇点上;两个宇宙彼此完全隔离,也就是它们之间没有任何信息可以交流。所有四个区域可以由下左的时空图来表示。

  下左的时空图是在一种特殊坐标系下的时空图,图中的每一个点代表着一个二维球面。两条对角线代表事件视界,它们把时空分成了四个区域:I和IV分别代表两个彼此隔离的宇宙,II代表黑洞,III代表白洞。奇点出现在黑洞和白洞区域,以双曲线的形式表示。(你可能注意到了白洞内部也有个奇点,这个很好理解:许多物理学家认为宇宙大爆炸其实就是一个白洞,而奇点就是大爆炸之前的那个密度无穷大的点。)

  在图中,我们会发现I和IV这两个的宇宙在中间点上是相连的,这个点其实就是史瓦西虫洞,可以把两个宇宙连接起来。事实上,它也把四个时空全部连接了起来。

  这种虫洞就是爱因斯坦和他的同事纳森·罗森最早提出的,所以在当时他们把它称为爱因斯坦-罗森桥。它在镶嵌图中是下面右图的样子,其实可以说是一个黑洞的内部与一个白洞的内部相连所形成的时空结构。所以说,史瓦西虫洞应该是单向的,也就是说虫洞的一端任何物质只进不出,另一端只出不进。

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