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【虫洞有多真实? 】科学家搜寻时空中的隧道


2015/11/11 13:08:24 编辑:admin 来源:本站整理 
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环球解密

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    可以进行时光旅行的时空隧道「虫洞」充斥在许多科幻文学中, 这些科幻中存在多少真实性?答案可能比你想象的还多。 科学家们正在寻找可以穿越虫洞(如果虫洞存在的话)的方法, 来进行比光速还要快的旅行, 甚至是在时间里旅行。

    物理学家 Eric Davis 写 EMAIL 给Space.com说:「可穿越的虫洞(traversable wormhole)是一种超空间隧道, 亦称为喉(throat), 连接我们宇宙中的两个远程区域、两个不同的宇宙(如果存在其他宇宙的话)、两个不同时间带(如:时光旅行), 或是不同的空间维度。 」

    Davis 是Tau Zero 基金会成员, 专精于研究时空领域, 他用爱因斯坦广义相对论方程式来思考是否可能设计出可以穿越的虫洞, 制造时空跳跃机。

    建立虫洞

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    虫洞是由数学家 Ludwig Flamm于1916年首次提出, 他常常运用爱因斯坦的广义相对论来描述重力如何扭曲时空, 亦即物理真实结构。 物理学家 Kip Thorne(已从加州技术研究所退休)指出虽然连接时空的隧道理论上是可能存在的, 但科学家们对于虫洞是否会形成还没有达成共识, 也还没有侦测到任何虫洞。

    Thorne和几个同事也演示了即使虫洞出现, 可能在物体(或人)还没通过之前就已经封闭了。 要让虫洞开启足够时间让物体可以穿越, 需要一些鹰架支撑, 这项工作需要「特殊材料」才有可能做到, 普通物质是没有办法的。

    Davis 说:「暗能量是自然发生的特殊材料, 其负压会产生引力斥力让我们宇宙中的空间向外伸展, 进而让宇宙膨胀扩张。 」

    除了暗能量, 科学家们还知道另外一种比普通物质还多上五倍的特殊材料, 称为「暗物质」。 迄今为止, 科学家们还无法直接侦测到暗物质或是暗能量, 这些材料还有太多的未知, 只能利用查看它们对周围空间的影响来进行了解。

    根据在赛普勒斯东地中海大学任职的Ali Övgün 所说, 虫洞可能在暗物质存在的地方形成, 因此它们可能出现在有暗物质存在的银河系外部区域, 以及其他存在暗物质的星系。 Övgün 正努力研究想要证明在高密度暗物质的地区, 虫洞存在的可能性。 他与同事进行了许多模拟显示出存在于高密度暗物质星系区域的虫洞可以满足科学家们所认知的隧道条件。

    Övgün说:「但这只是数学上的证明。 我希望有一天可以找到直接的实验证明。 」

    那么, 如果人类或仪器穿越虫洞的时候会发生什么事呢?

    Davis 说:「什么都不会发生!太空船或旅人在经过这个可穿越的虫洞隧道时, 其时空几何需要他们处在没有奇怪或不可接受的重力引力潮汐力作用的状态下。 他们从靠近地球这端的「喉」出发, 接着经过隧道出现在靠近目标恒星的另一端。 」

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    因为这些理论隧道穿越了时空, 因此在外部观察者看起来, 旅行者的穿越速度比光速还快(faster than light, FTL);但从旅行者的观点来看, 他们的速度没有超过光速。 外部观察者会以为旅行者超越光速, 是因为旅行者实际上所行经的路径比外部观察者所预期的普通路径还短。

    科学家们需要先找到虫洞才有可能使用它们, 但到目前为止还没有发现任何虫洞。 如果虫洞真的存在, 要利用时空定位隧道也许没有看起来的那么困难。

    Övgün 说:「就像在电影『星际效应』中显现出来的虫洞, 未来可能会有一些间接观察虫洞的实验出现。 」

    他基于这些虫洞理论比较「透过虫洞窥视」与「爱丽丝透过镜子所见」(Alice’s glimpse through the looking glass, 英文命名与Lewis Carroll的小说相同), 因为与曲面镜反射类似的扭曲现象, 让隧道较远一端的空间区域会与入口区大大不同。 另一个迹象则是当光通过虫洞隧道时会集中, 就像风吹过实体隧道时的情况。

    Davis 提到在虫洞近端的样子看起来会像「彩虹散射效应(rainbow caustic effect)」。 这样的效应在远方也看得到。

    Davis 说:「天文学家们计划用望远镜寻找这种彩虹散射效应, 来找出不论是自然形成还是外星人制造的虫洞。 我没有听说这计划有没有实施。 」

    时光旅行

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    Thorne 的虫洞研究中有一部分提到虫洞可以用来做时光旅行的思想实验。 时光旅行的思想实验通常存在着矛盾, 最着名的就是祖父悖论:如果有个人回到过去杀了自己的祖父, 这个人就不会出生, 那么这个不存在的人一开始就不可能回到过去杀了自己的祖父。 这似乎显示出回到过去是不可能的, 但根据 Davis 所说, Thorne的发现开启了新的科学探索方向。

    Davis 说:「整个理论物理学都是在那之后产生的, 让其他时空技术发展可以产生出简单不矛盾的时光机。 」

    虽然利用虫洞进行时光旅行可能会引起科幻迷(或是想要改变过去的人)的兴趣, 但Davis 说目前的理论显示出, 想要制造虫洞时光机, 隧道一端需要加速到接近光速, 或是两端都要接近光速。

    Davis 说:「要制造虫洞时光机是非常困难的, 利用虫洞在恒星之间进行 FTL 星际旅行就简单多了。 」

    其他物理学家则认为要用虫洞进行时光旅行会累积大量的能量, 在虫洞被用来当时光机之前, 就会被称为量子反作用(quantum back reaction)的过程破坏掉了。 尽管如此, 想象这些可能性还是满有趣的。

    Davis 说:「想象一下, 如果人们可以进行时光旅行, 可以做什么或是发现什么, 至少会让这些冒险变得很有趣。 」

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