穿越虫洞或成真:科学家寻找超光速旅行新捷径

北京时间10月28日消息,虫洞是科幻小说中经常出现的主题,这种时空隧道常常被用来进行星际旅行和时间穿越。小说的描写有多少真实成分呢?答案可能比你想象的要多。科学家正在寻找利用“可穿越虫洞”(如果存在的话)进行超光速旅行的方法——甚至可以进行时间旅行。

物理学家埃里克·戴维斯(Eric Davis)说:“一个可穿越虫洞就是一个超空间隧道,又被称为‘咽喉’,连接着宇宙内极其遥远的两个区域,或者两个宇宙——如果其他宇宙存在的话,又或者是时间旅行中的两个不同时期,或空间中的不同维度。”

戴维斯是Tau Zero基金会的成员之一,擅长时间—空间领域的研究。他利用爱因斯坦广义相对论衍生出来的公式思考可穿越虫洞、曲速引擎和时间机器存在和设计的可能性(或者不可能的理由)。

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太空船穿过虫洞到达宇宙另一区域的艺术想象图

建造一个虫洞

虫洞是数学家路德维希·弗拉姆(Ludwig Flamm)于1916年第一次提出的,当时他正醉心于爱因斯坦广义相对论中描述引力导致时空弯曲的公式。加州理工学院的物理学家基普·索恩称,尽管这些时空隧道是一个迷人的理论可能,但科学家还没有就虫洞是否能在自然中存在达成共识,目前也没有探测到任何的虫洞。

索恩及其一些同事的研究还表明,即使一个虫洞出现了,它很可能会在一个物体(或者人)穿过的时候出现塌缩。要使虫洞打开的时间足够长,它需要某种折叠,但普通的物质无法完成这项工作——它需要一种“非同寻常的材料”。

戴维斯说:“暗能量是自然存在的奇特材料,它的负压强能产生反向的引力作用,将我们宇宙内部的空间向外推,从而使宇宙出现膨胀。”除了暗能量,科学家已知的另一种奇特材料是暗物质,其总量是我们常说的物质的五倍。到目前为止,科学家还无法直接探测到暗物质或暗能量,关于它们的很多性质依然未知。不过,科学家可以通过观察它们对周围空间的影响来了解更多的信息。

塞浦路斯东地中海大学的Ali ?vgün称,虫洞有可能会在存在暗物质的地方形成,因此它们可能存在于银河系外围的区域,或者其他星系之内。?vgün正致力于证明虫洞可以存在于暗物质密集的地方。他和同事进行了计算机模拟,表明在暗物质集中的星系晕中如果存在虫洞,可以符合科学家认为所需的物理条件。“但这只是数学证明,” ?vgün说,“我希望有一天它能找到直接的实验证明。”

那么,当一个人或一艘太空船穿过虫洞时会发生什么呢?

“什么都不会发生!可穿越虫洞的时空几何学要求没有任何险恶的、无法忍受的引力潮汐力作用在太空船及其乘客身上,当他们穿过虫洞时,”戴维斯说道,“他们会在地球附近的出发点进入‘咽喉’,穿过虫洞,出现在目标星体附近的另一侧。”由于这些理论上的通道穿越了时空,因此从外界观察者的角度看,宇航员似乎进行了超光速旅行。然而,从宇航员自己的视角上,他们并未真正地超过光速——他们只是抄了一条近道。

在科学家利用虫洞之前,他们首先需要找到虫洞。到目前为止,科学家还没有任何发现。然而,如果虫洞确实存在,在时空中定位它们的存在可能远比听起来的困难得多。“就像电影《星际穿越》(Interstellar)里呈现的那样,未来世界里,可能会有一些间接观察的实验,” ?vgün说道。

基于虫洞理论,?vgün把透过虫洞进行窥视比作路易斯·卡罗的小说《爱丽丝镜中奇遇》(Alice's glimpse through the looking glass)里面的场景。虫洞另一端的空间区域可能会呈现在虫洞入口处,就像曲面镜反射时造成的扭曲。另一个指示的迹象是,光线会在穿过虫洞的时候集中起来,就像风吹过一个自然隧道一样。

戴维斯将虫洞近端可能出现的景象称为“彩虹散射效应”(rainbow caustic effect),这种效应能在相当远的距离上观察到。“天文学家正计划利用望远镜寻找这些彩虹散射,从而找到自然出现,或者可能是外星人制造的可穿越虫洞,”戴维斯说,“我还没听说这一计划是否开始进行。”

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时空的折叠以及连接两个遥远宇宙区域的虫洞

时间旅行

作为虫洞研究的一部分,基普·索恩还提出了一个思想实验,将虫洞作为一种时间机器。有关时间旅行的思想实验常常陷入悖论之中,其中最著名的或许就是“祖父悖论”:如果一个人回到过去并杀死他/她的祖父,那这个人就无法出生,也就无法像开头那样回到过去。这似乎意味着回到过去的时间旅行不可能实现,但据戴维斯的说法,索恩的工作为科学家的探索提供了新途径。

戴维斯说:“一个完整的理论物理学领域在那之后诞生了,并发展出其他能因果自洽并解决悖论的时空技术。”尽管对科幻小说迷(以及那些希望改变过去的人)来说,利用虫洞进行时间旅行是个十分诱人的想法,但戴维斯称,目前的理论显示,要想制造一个虫洞时光机,那虫洞的一端或者两端将需要加速到接近光速。

“建造一个虫洞时间机器会极其困难,”戴维斯说,“而利用虫洞在恒星间进行超光速星际旅行就相对简单得多。”其他物理学家也提出,利用虫洞进行时间旅行可能会带来极大的能量积累,并在被用作时间机器之前摧毁虫洞——这一过程被称为量子反作用(quantum back reaction)。

无论如何,探讨这种可能性还是很有趣的。“思考人们所能做到的所有可能性,以及如果他们能时间旅行会造成什么结果,”戴维斯说,“退一步说,他们的冒险将非常有趣。”

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  1. 质朴 5
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    艰难而缓慢的探索,宇宙的谜题太多……

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