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神秘的爱因斯坦-罗森桥,也就是虫洞,你了解吗?

时空洞(Wormhole)又称爱因斯坦-罗森桥,也译作蛀孔。…

22385812b16f3ba952f4f3074ab52a0b时空洞(Wormhole)又称爱因斯坦-罗森桥,也译作蛀孔。是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出的概念,1930年由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的,认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。
由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说,“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开启。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”。
理论上,虫洞是连结两个遥远时空的空间隧道,就像是大海里面的漩涡,是无处不在但转瞬即逝的。这些时空漩涡是由星体旋转和引力作用共同造成的。就像漩涡能够让局部水面跟水底离得更近一样,能够让两个相对距离很远的局部空间瞬间离得很近。不过有人假想一种奇异物质可以使虫洞保持张开,也有人假设如果存在一种叫做幻影物质(Phantom matter)的奇异物质的话,因为其同时具有正能量和负质量,因此能创造排斥效应以防止虫洞关闭。
迄今为止,科学家们还没有观察到虫洞存在的证据。为了与其他种类的虫洞进行区分,一般通俗所称“虫洞”应被称为“时空洞”。

6f1aebff2093a02a7558b2cad9950d0b虫洞是链接两个空间的隧道。理论上,即使虫洞的两端相隔得非常远,它也可以让你在极短得时间内跨越遥远的距离。

虫洞

早在19世纪50年代,已有科学家对“虫洞”作过研究,由于当时历史条件所限,一些物理学家认为,理论上也许可以使用“虫洞”,但“虫洞”引力过大,会毁灭所有进入的东西,因此不可能用在宇宙航行上。“瞬间移动”的可能,如同超时空转换。

随着科学技术的发展,新的研究发现,“虫洞”的超强力场可以通过“负能量”来中和,达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为,相对于产生能量的“正物质”,“反物质”也拥有“负质量”,可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样,“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过,当前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界,并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。

据科学家猜测,宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”,但很少有直径超过10万公里的,而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机,可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。科学家指出,如果把“负质量”传送到“虫洞”中,把“虫洞”打开,并强化它的结构,使其稳定,就可以使太空飞船通过。

虫洞只能回到过去。所谓的“瞬间移动”,其实就是利用虫洞两点之间的时间差。打个比方说,A点的时间比B点快;而两点的时间就是水,水只会从高处流到低处;而因为A点的时间比较快,因此A点可以通过虫洞去B点,因为其中的时间差,所以到达B点时,人会感觉到好像没有用上多少的时间;同时地,B点无法通过虫洞到达A点,因为时间的排挤–中间的时间差,造成了时间断层。至于为什么A点出发则没有断层–还是因为时间差。当从A点出发时,时间是X点;而到达B点时,B点的时间才刚刚是X点,时间可以被完全地衔接起来。而唯一从较慢的时间点前往较快的时间点,只能利用光速。

“虫洞”的概念最早于1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆提出  ,并于1935年由爱因斯坦及纳森·罗森加以完善 ,因此,“虫洞”又被称作“爱因斯坦—罗森桥” 。一般情况下,人们口中的“虫洞”是“时空虫洞”的简称,它被认为是宇宙中可能存在的“捷径”,物体通过这条捷径可以在瞬间进行时空转移。但爱因斯坦本人并不认为“虫洞”是客观存在的,所以,“虫洞”在后来的几十年中,都被认为只是个“数学伎俩 ”。

848ab212b92090e20044fc2d55d906d91962年,罗伯特·富勒和约翰·惠勒发表论文证明如果虫洞连接同一宇宙的两个部分,那么这类虫洞是不稳定的 。1963年,新西兰数学家罗伊·克尔提出假设,使得“虫洞”的存在重新获得了理论支持 。和人类一样,恒星也会经历生老病死的过程,克尔认为,如果恒星在接近死亡时能够保持旋转,就会形成我们在电影中看到的“动态黑洞”。当我们像电影中那样沿着旋转轴心将物体发射进入后,若是能够突破黑洞中心的重力场极限,就会进入所谓的“镜像宇宙”。《星际穿越》中的宇航员库珀在黑洞中所处的“超维度”空间,其实就可以被看作是对“镜像宇宙”的一种解读。从宇宙进入“镜像宇宙”,本身就是一次“时空穿越”。

“银河系虫洞说”源自在暗物质研究上取得的突破 。暗物质是指不与电磁力产生作用、无法通过电磁波的观测进行研究的物质。与“虫洞”不同的是,人们已经通过引力效应证实了宇宙中有大量暗物质存在。的里雅斯特国际高等研究院课题组在2013年绘制了一份非常详细的银河系暗物质分布图,将其与最新研究得出的宇宙大爆炸模型结合后,发现银河系中不仅具备存在“虫洞”的条件,甚至整个银河系都可能是个巨大的“虫洞 ”。

按照意大利天体物理学家保罗·萨鲁奇等人建立的理论模型来看,这样的假设确实有可能得到证实 [3] ,而其更大的意义在于,它将促使科学家对暗物质研究进行“更为准确的重新思考”:暗物质是否就是“另一个维度”的存在?或者,它本身就是一个星际交通的运输系统 ?
“虫洞说”目 前仍是一种假设,但科学的进步离不开大胆的假设。人们一度认为物质的最小组成单位是原子,后来又发现了中子和质子。同样,长久以来,人类也曾认为宇宙是由物质构成的,但暗物质的存在推翻了这一结论。科学假设的意义,就在于摆脱现有束缚,通过不断地自我否定和怀疑,推进人类对宇宙的了解和自身的进步。正如萨鲁奇所言:“在任何情况下,我们都需要问自己,那到底是什么 ?”

虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中。理论物理学家在分析白洞解的时候,通过一个阿尔伯特·爱因斯坦的思想实验,发现宇宙时空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞,那么时空在史瓦西半径,也就是视界的地方与原来的时空垂直。在不平坦的宇宙时空中,这种结构就意味着黑洞。

视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合,然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞,也可以是白洞。而这个弯曲的视界,就叫做史瓦西喉,它就是一种特定的虫洞。
自从在史瓦西解中发现了虫洞,物理学家们就开始对虫洞的性质发生了兴趣。
虫洞连接黑洞和白洞,在黑洞与白洞之间通过这个虫洞(即阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥)被传送到白洞并且被辐射出去。
虫洞还可以在宇宙的正常时空中显现,成为一个突然出现的超时空。理论推出的虫洞还有许多特性,限于篇幅,这里不再赘述。
总之,我们对黑洞、白洞和虫洞的本质了解还很少,它们还是神秘的东西,很多问题仍需要进一步探讨。天文学家已经间接地找到了黑洞,但白洞、虫洞并未真正发现,还只是一个经常出现在科幻作品中的理论名词。
宇宙中,“宇宙项”几乎为零。所谓的宇宙项也称为“真空的能量”,在没有物质的空间中,能量也同样存在。

在其内部,这是由爱因斯坦所导入的。宇宙初期的膨胀宇宙,宇宙项是必须的,而且,在基本粒子论里,也认为真空中的能量是自然呈现的。那么,为何宇宙的宇宙项变为零呢?柯尔曼说明:在爆炸以前的初期宇宙中,虫洞连接着很多的宇宙,很巧妙地将宇宙项的大小调整为零。结果,由一个宇宙可能产生另一个宇宙,而且,宇宙中也有可能有无数个这种微细的洞穴,它们可通往一个宇宙的过去及未来,或其他的宇宙。

即使虫洞存在并且是稳定的,穿过它们也是十分不愉快的。贯穿虫洞的辐射(来自附近的恒星,宇宙的微波背景等等)将蓝移到非常高的频率。当你试着穿越虫洞时,你将被这些X射线和伽玛射线烤焦。虫洞的出现,几乎可以说是和黑洞同时的。
如果你于12:00站在虫洞的一端(入口),你就会于12:00从虫洞的另一端(出口)出来。
虫洞(Wormhole),又称爱因斯坦-罗森桥,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。

那么理论上,虫洞是怎么运转的呢?

首先,我们思考一种叫“时空”的东西。我们常常把它想象成一张有弹性的网布,宇宙中所有的东西都在这张网布中。

凭借对“时空”的想象,我们看到了二维平面。在这张网布上行走的人可以选择两种行动方向:向前/向后或者向左/向右。在现实中,空间是三维的:你可以上下跳跃。

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事实上,还有一个第四维空间:时间。你可能不觉得“时间”是一个维度,但物理学家却是这么认为的。把所有空间维度结合起来,得到的就是“时空”。

回到虫洞的话题,想象我们要在时空网布上旅行,假设是从家里到另一个遥远的星球,即使我们乘坐宇宙飞船,这段距离也需要成千上万年甚至更久才能跨越。

莱斯·博西纳斯为NASA设想的虫洞旅行

但如果我们能够把这张网布折叠起来,让我们的家和这颗星球在一条直线上,再钻一个链接两层时空的洞呢?那将是一条能大大缩短旅行时间的捷径。

那么,我们可以在两层时空之间钻一个洞吗?

没有人知道要怎么做,也没有人知道虫洞是否真的能在现实中被制造出来,但单纯想一想就非常有趣了,而且这对我们探索宇宙有很大的帮助。

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洛伦兹虫洞(史瓦西虫洞)的电脑绘图

相关天文知识

虫洞(或称爱因斯坦-罗森桥)是链接时空中两个点的猜想的结构。它的依据是利用雅可比矩阵和行列式求解爱因斯坦场方程的特殊解。虫洞可以被看成空间中两个点之间的隧道(例如不同地点或不同时间点)。更准确地说,它是时空连接体的超验双射,是在反德西特空间中显现出来的卡拉比-丘流形的渐进投影。

虫洞符合广义相对论,但他们是否真的存在还是未知。

虫洞可以缩短距离,大到十亿光年、小到几米距离。它可以链接宇宙或不同的时间点。

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