具有“斥力”的神秘物质,可能帮助我们“开启”稳定的虫洞
想象一下,如果我们可以跳到离我们最近的巨大星系邻居仙女座(Andromeda),并从外面查看我们的银河系是什么样的。或者,想知道最近发现的类似地球的系外行星是否可居住?发送一个探测器进行检查!太空探索的主要挑战从来都不是我们的想象力,甚至不是我们想出使太空飞行成为可能的新技术的能力,而是太空的巨大潜力。
NASA的新视野号航天器花了9.5年的时间才到达仍在我们太阳系内的冥王星。离我们最近的恒星超过26万亿英里!如果“上帝”为我们提供捷径,会不会很方便?
虫洞设想图什么是虫洞?
自年代以来,理论物理学家就一直假设存在这种时空捷径,最初称其为白洞,最后称其为爱因斯坦-罗森桥。白洞的作用类似于黑洞,它在发射能量的同时不允许任何东西进入。当然,黑洞允许物质和能量进入,但就像城市中的酒店一样,不同的是,一旦你进入,就永远无法离开。
由于“爱因斯坦-罗森桥”的名称有些枯燥,因此人们特别喜欢称之为“虫洞”。您可以将虫洞想象成一种连接时空的两个点的隧道。那条隧道可以是一条直线滑道,也可以是一条蜿蜒曲折的道路。如果虫洞是“可穿越的”,则它充当时空的捷径,将原本相距很远的两个点连接起来。虫洞可以连接单个宇宙中的不同点,也可以连接不同的宇宙空间。
虫洞如果您还是不理解,那可以想象您拿着一张代表正常空间的纸,一般认为在太空中旅行就像在纸上旅行一样。现在在每个末端标记一个点,并将纸弯曲成两半,将这两个点放在一起,注意不要让它们接触。如果您要在正常的空间中旅行(即沿着纸页),那么从一个标记到另一个标记的行程,要比有一个隧道或“虫洞”将纸张上的两个点通过空白连接的行程长很多。换句话说,他们之间的空间被某种力量弯曲了,在平铺的空间里可能几乎无法到达,而虫洞克服了这个难题。
然而,又有一个新的问题,我们吹破天的虫洞真的存在吗?
虫洞真的存在吗?
科学家承认,从来没有直接或间接观察到虫洞,但是理论上来看确实存在虫洞,因为它们是在爱因斯坦广义相对论场方程求解中出现的。对于我们中那些每天都不处理Jacobian矩阵的人来说,这意味着我们可以将宇宙分解成许多不同的部分,然后使用数学方程式描述这些部分如何组合在一起。这些场方程就像是建筑工地上的脚手架,在宇宙空间上建立了一个“规则大厦”。
描述广义相对论或引力工作原理的方程式并不要求必须存在虫洞,但它们理论上确实允许存在虫洞这种东西。换句话说,广义相对论场方程的一种可能解决方案是在时空中连接两个点的虫洞,那么一切不可思议的难题,都会迎刃而解。
爱因斯坦虫洞不仅是纯理论上的,甚至在爱因斯坦场方程之外的数学中也可以找到依据。但是事实上,对人类而言,找到虫洞或维持虫洞稳定,还存在一堆问题。对于人类来说,它们是不稳定的,意味着即使发现虫洞,它们也会很快崩溃。因此,如果隧道周围不断塌陷,那么时空旅行者都永远无法到达隧道的另一端,这个所谓的时空隧道就是无用的,对于生命来说也是一场死亡噩梦。
然而,进入虫洞中的一切物质并没有丢失,物理学家已经发现,援引外来“奇异的物质”可以打开虫洞。这种奇异物质非常神秘,是一种具有负能量密度和负压并且被排斥而不是被引力吸引的物质。截止目前,这种神秘物质通常在量子实验中以颗粒的形式出现,因此没人知道是否有找到或创造足够的这种斥力物质能够建立和维持一个虫洞的稳定。
引力波扰动似乎可以揭示虫洞存在假如我们可以利用斥力物质开辟一条虫洞隧道,但是时空旅行者也无法进入和穿越,为什么呢?史蒂芬·霍金(StephenHawking)生前认为,一旦有任何东西(即使是单个颗粒)进入虫洞,从数学推断上来看这个虫洞就会立即崩溃。因此,这种神秘的斥力物质能否维持虫洞稳定是个大问题,此外,斥力物质能否对抗黑洞、虫洞等巨型天体的引力,也是不得而知的事情。
虫洞的诱惑
虫洞是科幻小说爱好者(如Contact或DonnieDarko)和理论物理学家之间的热门话题,因为这样的捷径将带来无限的可能性。我们可以在人类一生中旅行到另一个星系,或者探索平行宇宙的存在。虫洞不仅允许太空旅行,而且还可以穿越时间。我们可以回到太阳系形成的早期,解决关于月球如何形成的争论,或者解决银河系中心的超大质量黑洞是如何形成的谜。
如何发现虫洞
物理学家提出,超大质量黑洞附近恒星的轨道扰动可用于探测虫洞。一项新的研究概述了一种检测投机现象的方法,该方法长期以来一直吸引着科幻爱好者的想象力:虫洞在两个时空区域之间形成通道。这样的途径可以将我们宇宙的一个区域连接到我们宇宙中的另一个时间和/或位置,或者完全连接到另一个宇宙。
该方法的重点是在人马座A*周围发现一个虫洞,该虫洞被认为是银河系中心的一个超大质量黑洞。尽管那里没有虫洞的迹象,但在这里寻找虫洞是一个不错的地方,因为虫洞预计需要极端的引力条件,例如存在于超大质量黑洞中的引力条件。科学家认为,如果在射手座A*上确实存在虫洞,则附近恒星将受到通道另一端恒星引力的影响。结果,有可能通过搜索射手座A*附近恒星的预期轨道中的小偏差来检测虫洞的存在。
也有科学家坚持认为,如果有两颗恒星,虫洞的每一侧各有一颗,那么我们这边的恒星应该感受到另一侧恒星的引力影响,因为引力会穿过虫洞发挥作用。因此,如果将人马座A*周围恒星的预期轨道标出,如果那里有虫洞而另一侧有恒星,则应该看到与该轨道的偏离。
科学家指出即使我们可以发现虫洞,它们就不会像科幻小说所预想的那样神奇。即使虫洞是可以穿越的,人和飞船在一定时间内也很可能不会安全通过,我们和平利用和开发虫洞的历程可能要数万年才行。
时空旅行通道尽管如此,虫洞和时空旅行仍然是值得研究的方向。科学家相信“理论的威力,在于预见”,虫洞这个预见的天体,也会在不断地研究中慢慢浮出水面,帮助人类克服宇宙浩瀚空间的局限性。
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