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虫洞可以进行时间旅行吗?
前阵子我写了一个关于黑洞和白洞的文章,有很多的朋友都来问我,黑洞和白洞之间是否有联系,一个进一个出,是不是虫洞链接的?虫洞是否真的存在,是否真的能够进行时光旅行?外星人是否就是利用虫洞出没于星际之中。对于这个问题,我本着一个科学的态度来做一个简单的解释。
在物理学上,虫洞最早是一个广义相对论的概念,是指宇宙中可能存在的连接两个时空不同区域的狭窄隧道。根据理论假设,物质有可能能够通过虫洞实现瞬时的空间转移或者时间旅行。但是,直到今天,我们还没有观测到虫洞存在的证据。所有关于虫洞是否存在、产生条件、有何性质、能否进行时空旅行等方面的推测,都只是理论假设。
2010年5月,霍金在接受探索频道访问时,谈到了他关于虫洞问题的一些观点。霍金认为,虫洞在宇宙中无处不在,但是非常小,比分子甚至原子还小,而且处在不断消失和形成过程中。
我们现在还不能做到把一个虫洞放大并加以利用。而且,膨胀的虫洞会出现辐射的“反馈作用”,原理类似于声音进入麦克风,经过扩音器放大,形成环路,造成一个尖利的噪声,就像很多会场和舞台的麦克风离音箱过近时,有时就会出现这一现象。辐射也是如此,经过环路放大,形成强劲的反馈,最终摧毁虫洞。霍金通过这个例子表达了他的观点:用虫洞进行时间旅行是不可能的。
而即使是用虫洞进行空间旅行,同样并不现实。要形成能够通过一个人或一艘飞船的虫洞,理论上讲,需要一种具有负质量的奇异物质;或者长度贯穿整个宇宙、引力像黑洞一样强大、却比原子还细的宇宙弦;或者半径在1光年以上的黑洞。太小的黑洞所形成的虫洞,会受到穿过其中的物质的微扰,迅速关闭。至少要这个尺度的黑洞形成的虫洞,才能扛得住人体大小的能量扰动。
可惜,前两者仅仅是理论上存在的概念,并没有在宇宙中自然存在。而最后一种,要形成一个半径为1光年以上的黑洞,至少要砸进去100亿亿个地球,或是10万亿个太阳才能做到。而且这个黑洞比整个太阳系还要大得多,这个实现起来貌似不太可能。
所以,理论上用于空间旅行的虫洞虽然可以形成,但所需条件本身却不可能实现。当然也不排除随着科学的发展有着其他的方式来解决这一问题。让我们行走于时空之间,去探索更多的未知事物。
经典科幻电影中的虫洞与时空旅行
时间机器建立在虫洞的基础之上,有了这类“通道”理论,时间旅行才有可能实现:时间机器是科学幻想的产物,如果从广义相对论的角度看,确实给出了诸如封闭类时曲线等与虫洞有关的理论。广义相对论中通过黑洞等天体预言了宇宙中存在时空奇点,如果我们要想象这样的结构,那可能是一个巨大的无限平面,且是无边界的状态,每一处的曲率都是为零。在三维时空中,有些科学家猜测宇宙中存在一种被称为虫洞的通道,但是黑洞的视界可阻碍宇宙飞船穿越虫洞,按照目前的虫洞理论,穿越过程找不到理论支撑。
《超时空接触》以阿雷西博天文台为背景:在与虫洞题材有关的电影中,《超时空接触》绝对是一部非常棒的科幻电影,票房高达1.66亿美元,华纳兄弟影片公司在1997年上映的这部影片中,动用了位于波多黎各阿雷西沃山谷中的阿雷西博天文台和新墨西哥州索科罗县的甚大阵,这些背景都是当时非常先进的射电望远镜,通过剧情中,26光年之外的织女星存在宇宙文明,可通过虫洞抵达。
在《超时空接触》剧情中,主人公通过射电望远镜接收到来自织女星的文明信号,其中还包含了时间机器的设计图纸,人类根据图纸制造出了时间机器,并把主人公送往织女星系统中,这趟旅程最大的收获是宇宙中存在无数个文明,时间机器甚至不是织女星文明建造的,在它们之前已经有更加高级的文明建造了时间机器。该影片除了以时间机器为线索外,最大的亮点是献给1996年去世的著名科幻作家卡尔·萨根。
《时空线索》是一部利用时间虫洞破案的影片:2006年上映的《时空线索》是一部科幻悬疑题材的影片,剧情介绍了在新奥尔良港口发生的一起渡轮爆炸事件,造成了500多人的死亡,参与调查的特工德格发现这是一起恐怖袭击案件,并与其他调查人员通过一台全天候监视设备来监控现象,后来他们发现这台监视设备是一台时间机器,通过虫洞可以获得4天前所发生的事件信息,于是特工德格利用虫洞时间隧道回到了四天前,揭开了这起爆炸案的来龙去脉,并挽救了其他人。影片最后也向2005年受卡特琳娜飓风灾害的人们致敬。
《黑洞表面》描述了2074年发生的恐怖时空事件:《黑洞表面》是一部科幻恐怖片,故事介绍了在2074年发生了一起太空船神秘失踪事件,一艘名为“地平线号”号的秘密实验船在测试新型动力,可实现超越时空。但是在测试中发生了意外,在失踪7年后竟然出现在海王星附近,于是一艘名为“洛斯克号”的太空船被派往执行调查任务,结果发现“地平线号”号上布满了尸体,整艘飞船血迹斑斑,于是关于“地平线号”号失踪的谜团开始浮出水面。
“地平线号”号实际上是通过黑洞通道进入了另一个次元空间:原来“地平线号”号在启动新型引擎之后并没有按照原来的设想进行折叠空间内的跳跃飞行,而是进入了另一个时空,这里是属于宇宙之外的次元空间,或者说这里是“地狱”,如果再进一步描述,这个空间可以认为是“魔界”。进入地狱的船员发生了相互残杀,
《虫洞效应》这是一部奇幻色彩更多的电影,来自未来的人工智能有机体回到了现实时空:《虫洞效应》的剧情中也描述了通过虫洞把现实时空与未来时空连接起来的情节,主人公在海边发现了一个神秘的盒子,此后她们的智力和异能潜力发生了突飞猛进的变化,大脑结构与常人有着很大的区别。一次意外的停电事故后,调查人员发现主人公的家存在重大疑点,结果发现神秘盒子中的玩具其实是来自未来的人工智能有机体,目的是拯救这个世界。该片也嵌入了心灵感应、虫洞隧道等科幻与奇幻元素。
《星际之门》讲述了人类通过星际之门与其他文明接触的情景:《星际之门》是一部关于虫洞时空旅行的经典影片,其描述了美国军方发现了一个奇怪的圆环,其技术完全与现在的人类科技不同,而且有许多奇怪的字符,对此考古学家丹尼尔·杰克逊博士开始破译这些文字密码,结果发现这是一个虫洞隧道,可与另外一个时空连接,那么另一端是什么呢?军方派遣了一个轮式机器人进入星际之门,发现另一端的时空环境与地球相似,适合人类呼吸,于是一支全副武装的探险队进入星际之门,结果发现这里还有另一番世界,演绎了更加扑朔迷离的穿越时空大战。
《星际穿越》技术主线以物理学家基普·索恩的“黑洞理论”为基础:《星际穿越》是一部还没有上映的科幻冒险题材的电影,影片的技术主线为理论物理学家基普·索恩的“黑洞理论”,基普·索恩与著名科幻小说家卡尔·萨根有着非常好的关系,其研究领域为相对论天体物理学,尤其是黑洞与引力波等。影片的故事主线为科学家通过虫洞通道回到过去,寻找可拯救地球的植物和农作物。
《星际迷航》剧情内的飞船使用到了曲速引擎:《星际迷航》的经典程度也是同类科幻电影所不能比拟的,2009年上映的影片是第11部《星际迷航》系列电影,剧情内的飞船使用到了曲速引擎,不仅能进行超时空的飞行,也能进行时间旅行,可通过黑洞事件视界进行作战,将敌方的飞船困住,并将其送回过去。影片中描述的场面非常宏大,那时候的人类掌握了黑洞和时空隧道的原理,可自由进出不同的空间。
宇宙穿梭的捷径 时空旅行可在虫洞中实现
虫洞被认为是连接多维宇宙的通道,穿过虫洞即可实现时空旅行。然而最近科学家曝出惊人言论,称我们所处的整个宇宙,其实就是在一个难以想象的巨大虫洞中。这一观点的脑洞虽然不小,但也为天文学家开辟了一条研究宇宙的新思路。
据外国媒体报道,美国科学家研究发现,我们的宇宙可能自大爆炸之前,一直处于两个宇宙相连接的时空管道,即一个虫洞的内部。根据大爆炸理论,宇宙是由一个致密致热的奇点膨胀到现在的状态的。这是宇宙物理学关于宇宙起源的主流理论,现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关,或者是它的延伸。但是,大爆炸理论无法回答我们的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样子。
虫洞亦可能是连接黑洞和白洞的时空隧道,所以也叫“灰道”。在这时,白洞可以看成时间呈现反转的黑洞,进入黑洞的物质,最后应会从白洞出来,出现在另外一个宇宙。这是本次研究中一个非常重要的概念。
虫洞于理论上提供了时间旅行的可能性。霍金在《时间简史》中阐述:一个空间旅行者可利用相对于地球静止的虫洞作为从事件A到B的捷径,然后通过一个运动的虫洞返回,并在他出发之前回到地球。
人们曾一度倾向于描述一个简单的宇宙,其中能量和密度都以物质的形式出现:4%的普通物质,加上96%的暗物质。但实际观测从来就没有与此相符合过,且这种不一致随着时间流逝而变得越来越尖锐。暗能量的概念,在此时应运而生,试图将宇宙结构及其特性合理化。这种不可见的、能推动宇宙运动的能量,可以解释观测到的物质密度和理论预言的临界密度之间70%至80%的差异。
波普瓦夫斯基描述的场景乍听起来匪夷所思,但以该理论为基底,却能解决多项宇宙学中令人困惑的谜题,解释目前人们观察到的宇宙膨胀现象。
这其中就包括引力、宇宙膨胀与暗能量的纠结关系:如果有另一个宇宙,其在我们的宇宙之前就已经存在,引力就可追溯到一个点上,该点强弱核力与电磁力已经统一起来。同时,若我们身处的宇宙现在正在向虫洞末端膨胀的话,这种运动就能够解释宇宙的膨胀,而不必引入至今难以捉摸的暗能量。
在该次建模过程中,研究人员着重于两种不同类型的黑洞,观察粒子穿越其“事件穹界”(黑洞的边界)上的径向运动。他们的观点是:物体在黑洞内部的运动模式只有通过实验和实际观察才能得知,但自始以来人们只能观察到黑洞的外部,无法窥其内在,除非一个观察者进入黑洞内部或者原本就居住在黑洞内部。但如果我们的宇宙本身就处在另外一个更大宇宙的黑洞之中,那么就可以满足这个条件。
黑洞或是其他宇宙虫洞 可实现超时空旅行
据媒体报道,目前尚没有任何实验证据来证实虫洞的存在,但是科学家们相信它能提供时空中两点之间旅行的某种捷径。科学界通常认为虫洞是连接宇宙中两个遥远时空之间的细管。但一项由哈萨克斯坦科学家进行的最新研究认为两颗相距遥远的恒星之间也有可能存在虫洞。
黑洞是内部具有强大引力场的天体,这样强大的引力使得即使是光也无法逃逸。尽管黑洞无法被直接观测到,但天文学家已经鉴别了很多很可能是黑洞的天体,主要是基于对环绕在其周围的物质的观测。
法国高等科学研究所的天体物理学家蒂博·达穆尔(Thibault Damour)和德国不莱梅国际大学的谢尔盖·索罗杜金(Sergey Solodukhin)认为这些黑洞天体可能是名为虫洞的结构。
达穆尔和索罗杜金研究了虫洞可能的情形,并惊讶的发现它如此类似于黑洞以至于几乎无法区分两者之间的差别。
“黑洞最重要的特性就是落入黑洞的物体“有去无回”的临界点,而对此我们目前还无法进行测试。” 蒂博·达穆尔说道。但目前被认为是黑洞的天体也可能的确是黑洞而非虫洞,这种情况也并非不可能。目前存在不少关于黑洞形成的可行情景,例如大质量恒星的坍塌,但有关虫洞是如何形成的则仍是未知数。
虫洞可能与宏观的黑洞有所不同,它需要一些外来的物质保持自身稳定,而这种外来物质是否真实存在又是个未知数。索罗杜金认为虫洞的形成方式可能与黑洞相差无几,例如都来自于坍塌的恒星。在这种情境下,物理学家一般认为会产生黑洞,但索罗杜金认为量子效应可能会阻止坍缩形成黑洞的过程,转而形成了虫洞。
这种虫洞内并非空无一物,而是存在着某种理想流体。理想流体是一种物理学家们设想的流体状态,这种流体没有内摩擦力。这种流体在两颗遥远恒星之间来回流动。进行这项研究的科学家们相信这一现象应当可以被探测到。
哈萨克斯坦欧亚国立大学的弗拉迪米尔?祖纳斯沙里夫(Vladimir Dzhunushaliev)带领的小组是在考察何种天体可能成为虫洞的入口时进行这一研究的。根据原先的模型,这种充当虫洞入口的天体一部分很像恒星。
这一结果促使他们去思考虫洞是否有可能存在于看似常规的恒星或中子星内部。从极远处来看,这些恒星将和正常恒星没有什么两样,但它们仍然可能存在某些不同之处,从而允许人们探测到这种区别。
为了探究这种可能性,研究人员构建了一个模型,在此模型中一颗正常恒星拥有一根管路,通达其核心,物质可以在这根管子中流动。两颗利用这种虫洞连接起来的恒星之间应当存在某种独特的联系。由于管路中存在的奇异物质能像流体那样,在虫洞两端的两颗恒星之间流动,这两颗恒星很有可能会出现某种独特的脉动现象。这种脉动将释放出多种不同形式的能量,如超高能宇宙射线。
在目前的阶段,主要的困难在于如何精确的计算出这种脉动及其所释放能量的具体形式。更困难的是,目前虫洞只是在我们的理论中,我们并没有发现它的真实面目。
实现时空旅行 英国科学家称“瘦长”虫洞或可以
据国外媒体报道,穿越时空,预见未来,这大概是每个人都幻想过的事情,虽然这听起来很是异想天开,但是最近一名来自英国剑桥大学的物理学家相信,从理论上来说,这或许是可以实现的。他指出,如果一条狭窄的虫洞能够持续敞开足够长的时间,人们或许就可以通过光脉冲的方式实现信息的传输。
这听起来似乎就像是科幻小说中的场景,但实际上有关虫洞的最早想法是源自于爱因斯坦的计算结果。虫洞是一种理论上存在于时空脉络中的管路,它在宇宙的不同地点之间建立起捷径通道。但这一理论的问题在于,如果虫洞真的存在,它们的存在时间也将非常短暂,无法允许一个人从中通过,甚至是一个光子也不行。但近期英国剑桥大学的一项研究表明,某些类型的虫洞可以持续开启较长的时间,从而允许信息在过去与未来之间进行传递。
1988年,美国加工理工学院的物理学家基普·索恩(Kip Thorne)提出利用负能量,即所谓“卡西米尔效应”来保持虫洞开启的想法。
根据现代物理学,真空其实充满着不同可能波段的涨落电磁波,它们会产生巨大的能量,但人类却感受不到它的存在。在真空中两片平行的板片之间,有些能量波会显得“太大”而无法通过,这就会在这两个金属板片之间产生负能量,这也就是所谓卡西米尔效应的大致内容。
卢克·贝彻(Luke Butcher)教授的最新论文正是基于这一理论,并对其作了进一步的发展。他指出,如果虫洞的长度远远超过它的宽度,那么其内部天然存在的卡西米尔能量将足以使其开启比正常情况下更长的时间。他在接受采访的时候表示:“我的做法是查看虫洞本身是否可以产生卡西米尔效应中两块金属板之间发生的那种情况。因为虫洞是一种类似管状的结构。”他说:“我的计算结果显示如果虫洞相对其宽度而言非常细长,那么你就能在虫洞的内部产生负能量。这并非保持虫洞稳定的理想方法,而那是我所希望的。不过它也的确可以证明虫洞可以以更缓慢的速度塌缩。”
贝彻教授的计算显示,虫洞的最长开启时间差不多正好允许让一个光子从中穿过。由于虫洞的另一端会通往时间上的另一个点,因此假如贝彻教授的理论是正确的,那么我们就将能够实现超越时间的信息发送。但贝彻也指出,接下来还要做大量的工作来确认这一理论的正确性。
比如说,科学家们仍然需要确认,是否一次光脉冲足以携带一份有意义的信息,以及这束光脉冲是否的确能够在虫洞塌缩之前实现安全穿越。贝彻表示:“还需要进行更多的计算来确认这项研究是站得住脚的。”他说:“我也很期待能看到反驳的理论。那些又短又胖的虫洞能够发送信息吗?所有这而都还是非常理论层面上的东西,但仅仅是这种可能性便已经非常让人兴奋了。” |
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