虫洞（连结白洞和黑洞的多维空间隧道）

huangdao007

虫洞是时间机器？或可连接两个不同时空
天体物理学家认为虫洞是一种天然的时间机器，维持虫洞的开放可以使我们回到过去或者进入未来，当然还没证据显示宇宙中存在“宏观虫洞”。
我们只是根据爱因斯坦的广义相对论预言对这一奇特的时空进行研究。时间机器只在科幻片中出现，事件逆着时间箭头方向前进几乎不可能发生，但是爱因斯坦的时空理论允许时间旅行，相对论中预言的某些特定时空可以使时间倒退，通过时空弯曲将两个遥远的空间连接在一起，使得三维空间的旅行变得非常迅速数万光年的旅程会被大大压缩。
天体物理学家埃里克·戴维斯认为如果我们能维持一个虫洞的连续开放，就可以回到过去或者进入未来世界，但是虫洞在哪儿？我们还没有发现虫洞在现实宇宙中存在的证据，如果虫洞确实存在，那么可能连一个人也装不下更何况是一艘飞船。对此，物理学家们提出了一种被称为“封闭类时曲线”的理论，暗示时间机器是可以被制造出来。利用虫洞穿越时空可以满足光速上限论的要求，超光速运行实际上就时空扭曲的结果，通过高度扭曲时空达到超光速的效果。
按照科学家的研究，维持一个虫洞的连续开放需要大量的“奇异外来物质”，这种物质我们对其知之甚少其中将涉及到量子理论，而广义相对论无法解释这些奇异物质。天体物理学家罗伯特·欧文认为物体在进入虫洞试图进行时间旅行时，会有多种物理定律限制其工作，似乎是自然界的某种机制将虫洞关闭。根据量子理论，维持虫洞的时间机器可能导致大量的能量聚集，最终会“摧毁”虫洞，因此我们必须在虫洞关闭之前完成时间旅行在研究虫洞之前，科学家们需要花时间去处理广义相对论和量子理论之间的问题，新的理论将作为时间旅行的基础。

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相关理论
虫洞有几种说法：
一是空间中的隧道，它就像一个球体，你要是沿球面走就远了。但如果你走的是球里的一条直径就近了，虫洞就是直径!
卡牌游戏中的虫洞
二是黑洞与白洞的联系。黑洞可以产生一个势阱，白洞则可以产生一个反势阱。宇宙是三维的，将势阱看作第四维，那么虫洞就是连接势阱和反势阱的第五维。假如画出宇宙、势阱、反势阱和虫洞的图像，它就像一个克莱因瓶——瓶口是黑洞，瓶身和瓶颈的交界处是白洞，瓶颈是虫洞!

三是你说的时间隧道，根据爱因斯坦所说的你可以进行时间旅行，但你只能看，就像看电影，却无法改变发生的事情，因为时间是线性的，事件就是一个个珠子已经穿好，你无法改变珠子也无法调动顺序!
我们讨论的都是普通“完美”黑洞。细节上，我们讨论的黑洞都不旋转也没有电荷。如果我们考虑黑洞旋转同时/或者带有电荷，事情会变的更复杂。特别的是，你有可能跳进这样的黑洞而不撞到奇点。结果是，旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞，你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来。这样的黑洞和白洞的组合叫做虫洞!
白洞有可能离黑洞十分远；实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”--那就是，一个时空区域，除了虫洞本身，完全和我们在的区域没有连接。一个位置方便的虫洞会给我们一个方便和快捷的方法去旅行很长一段距离，甚至旅行到另一个宇宙。或许虫洞的出口停在过去，这样你可以通过它而逆着时间旅行。总的来说，它们听起来很酷。
但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前，你应该知道两件事。首先，虫洞几乎不存在。正如我们上面我们说到白洞时，只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在。特别的，当黑洞由普通物质坍塌形成（包括我们认为存在的所有黑洞）并不会形成虫洞。如果你掉进其中的一个，你并不会从什么地方跳出来。你会撞到奇点，那是你唯一可去的地方!
还有，即使形成了一个虫洞，它也被认为是不稳定的。即使是很小的扰动（包括你尝试穿过它的扰动）都会导致它坍塌。

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在史瓦西发现了史瓦西黑洞以后，理论物理学家们对爱因斯坦常方程的史瓦西解进行了几乎半个世纪的探索。包括上面说过的克尔解、雷斯勒——诺斯特朗姆解以及后来的纽曼解，都是围绕史瓦西的解研究出来的成果。我在这里将介绍给大家的虫洞，也是史瓦西的后代。
当物理学家们想到了白洞的时候，虫洞第一次在史瓦西解中出现。物理学家们通过一个爱因斯坦的思想实验，发现时空可以是弯曲的。在这种情况下，我们会十分惊奇的发现，如果恒星形成了黑洞，那么时空在史瓦西半径，也就是视界的地方是与原来的时空完全垂直的。
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感到好奇!
我们先来看一个虫洞的经典作用：连接黑洞和白洞，成为一个爱因斯坦——罗森桥，将物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞（即爱因斯坦——罗森桥）被传送到这个白洞的所在，并且被辐射出去。

虫洞没有视界，它有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和超空间连接，但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切，在虫洞的问题中，它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切，在这里时空曲率不是无限大。因而我们可以安全地通过虫洞，而不被巨大的引力所摧毁。
天体物理学家认为虫洞是一种天然的时间机器，维持虫洞的开放可以使回到过去或者进入未来，当然还没证据显示宇宙中存在“宏观虫洞，
天体物理学家称虫洞可能是一种天然的时间机器，虽然超越虫洞的行为从没有出现过，而且虫洞本身是否真实存在也没有直接证据证实，只是根据爱因斯坦的广义相对论预言对这一奇特的时空进行研究。
天体物理学家埃里克·戴维斯认为如果能维持一个虫洞的连续开放，就可以回到过去或者进入未来世界，但是虫洞在哪儿？还没有发现虫洞在现实宇宙中存在的证据。
奇异外来物质对其知之甚少其中将涉及到量子理论，因此在研究虫洞之前，必须在虫洞关闭之前完成时间旅行。

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负能量物
那么什么样的虫洞能成为可穿越虫洞呢？一个首要的条件就是它必须存在足够长的时间， 不能够没等星际旅行家穿越就先消失。因此可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。
索恩和莫里斯的结果为什么不太妙呢？ 因为人们在宏观世界里从未观测到任何负能量的物质。事实上， 在物理学中人们通常把真空的能量定为零。所谓真空就是一无所有， 而负能量意味着比一无所有的真空具有“更少” 的物质，这在经典物理学中是近乎于自相矛盾的说法。
但是许多经典物理学做不到的事情在二十世纪初随着量子理论的发展却变成了可能。负能量的存在很幸运地正是其中一个例子。 在量子理论中，真空不再是一无所有， 它具有极为复杂的结构，每时每刻都有大量的虚粒子对产生和湮灭。一九四八年，荷兰物理学家卡西米尔(Hendrik Casimir) 研究了真空中两个平行导体板之间的这种虚粒子态，结果发现它们比普通的真空具有更少的能量， 这表明在这两个平行导体板之间出现了负的能量密度！在此基础上他发现在这样的一对平行导体板之间存在一种微弱的相互作用。 他的这一发现被称为卡什米尔效应。将近半个世纪后的一九九七年， 物理学家们在实验上证实了这种微弱的相互作用，从而间接地为负能量的存在提供了证据。除了卡什米尔效应外， 二十世纪七八十年代以来，物理学家在其它一些研究领域也先后发现了负能量的存在。

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