關(guān)于蟲(chóng)洞
阿爾伯特·愛(ài)因斯坦提出了“蟲(chóng)洞”理論。那么,“蟲(chóng)洞”是什么呢?簡(jiǎn)單地說(shuō),“蟲(chóng)洞”是連接宇宙遙遠(yuǎn)區(qū)域間的時(shí)空細(xì)管。它可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連接起來(lái),并提供時(shí)間旅行的可能性。
早在20世紀(jì)50年代,已有科學(xué)家對(duì)“蟲(chóng)洞”作過(guò)研究,由于當(dāng)時(shí)歷史條件所限,一些物理學(xué)家認(rèn)為,理論上也許可以使用“蟲(chóng)洞”,但“蟲(chóng)洞”的引力過(guò)大,會(huì)毀滅所有進(jìn)入的東西,因此不可能用在宇宙航行上。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新的研究發(fā)現(xiàn),“蟲(chóng)洞”的超強(qiáng)力場(chǎng)可以通過(guò)“負(fù)質(zhì)量”來(lái)中和,達(dá)到穩(wěn)定“蟲(chóng)洞”能量場(chǎng)的作用??茖W(xué)家認(rèn)為,相對(duì)于產(chǎn)生能量的“正物質(zhì)”,“反物質(zhì)”也擁有“負(fù)質(zhì)量”,可以吸去周?chē)心芰?。像“蟲(chóng)洞”一樣,“負(fù)質(zhì)量”也曾被認(rèn)為只存在于理論之中。不過(guò),目前世界上的許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功地證明了“負(fù)質(zhì)量”能存在于現(xiàn)實(shí)世界,并且通過(guò)航天器在太空中捕捉到了微量的“負(fù)質(zhì)量”。
據(jù)美國(guó)華盛頓大學(xué)物理系研究人員的計(jì)算,“負(fù)質(zhì)量”可以用來(lái)控制“蟲(chóng)洞”。他們指出,“負(fù)質(zhì)量”能擴(kuò)大原本細(xì)小的“蟲(chóng)洞”,使它們足以讓太空飛船穿過(guò)。他們的研究結(jié)果引起了各國(guó)航天部門(mén)的極大興趣,許多國(guó)家已考慮撥款資助“蟲(chóng)洞”研究,希望“蟲(chóng)洞”能實(shí)際用在太空航行上。
宇航學(xué)家認(rèn)為,“蟲(chóng)洞”的研究雖然剛剛起步,但是它潛在的回報(bào),不容忽視??茖W(xué)家認(rèn)為,如果研究成功,人類(lèi)可能需要重新估計(jì)自己在宇宙中的角色和位置?,F(xiàn)在,人類(lèi)被“困”在地球上,要航行到最近的一個(gè)星系,動(dòng)輒需要數(shù)百年時(shí)間,是目前人類(lèi)不可能辦到的。但是,未來(lái)的太空航行如使用“蟲(chóng)洞”,那么一瞬間就能到達(dá)宇宙中遙遠(yuǎn)的地方。
據(jù)科學(xué)家觀(guān)測(cè),宇宙中充斥著數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的“蟲(chóng)洞”,但很少有直徑超過(guò)10萬(wàn)公里的,而這個(gè)寬度正是太空飛船安全航行的最低要求?!柏?fù)質(zhì)量”的發(fā)現(xiàn)為利用“蟲(chóng)洞”創(chuàng)造了新的契機(jī),可以使用它去擴(kuò)大和穩(wěn)定細(xì)小的“蟲(chóng)洞”。
科學(xué)家指出,如果把“負(fù)質(zhì)量”傳送到“蟲(chóng)洞”中,把“蟲(chóng)洞”打開(kāi),并強(qiáng)化它的結(jié)構(gòu),使其穩(wěn)定,就可以使太空飛船通過(guò)。
蟲(chóng)洞在史瓦西解中第一次出現(xiàn),是當(dāng)物理學(xué)家們想到了白洞的時(shí)候。他們通過(guò)一個(gè)愛(ài)因斯坦的思想實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)時(shí)空可以不是平坦的,而是彎曲的。在這種情況下,我們會(huì)十分的發(fā)現(xiàn),如果恒星形成了黑洞,那么時(shí)空在史瓦西半徑,也就是視界的地方是與原來(lái)的時(shí)空完全垂直的。在不是平坦的宇宙時(shí)空中,這種結(jié)構(gòu)就以為著黑洞的視界內(nèi)的部分會(huì)與宇宙的另一個(gè)部分相結(jié)合,然后在那里產(chǎn)生一個(gè)洞。這個(gè)洞可以是黑洞,也可以是白洞。而這個(gè)彎曲的視界,叫史瓦西喉,也就是一種特定的蟲(chóng)洞。
蟲(chóng)洞不僅可以作為一個(gè)連接洞的工具,它還可能在宇宙的正常時(shí)空中出現(xiàn),成為一個(gè)突然出現(xiàn)在宇宙中的超空間管道。
蟲(chóng)洞沒(méi)有視界,擁有的僅僅是一個(gè)聯(lián)系外界的分解面。蟲(chóng)洞通過(guò)這個(gè)分解面和超空間連接,但是在這里的時(shí)空曲率并不是無(wú)限大。就好比在一個(gè)在平面中一條曲線(xiàn)和另一條曲線(xiàn)相切,在蟲(chóng)洞的問(wèn)題中,它就好比是一個(gè)四維管道和一個(gè)三維的空間相切,在這里時(shí)空曲率不是無(wú)限大。因而我們現(xiàn)在可以安全地通過(guò)蟲(chóng)洞,而不被巨大的引力所摧毀。
黑洞、白洞、蟲(chóng)洞仍然是目前宇宙學(xué)中“時(shí)空與引力篇章”的懸而未解之謎。黑洞是否真實(shí)存在,科學(xué)家們也只是得到了一些間接的旁證。當(dāng)前的觀(guān)測(cè)及理論也給天文學(xué)和物理學(xué)提出了許多新問(wèn)題,例如,一顆能形成黑洞的冷恒星,當(dāng)它坍縮時(shí),其密度已然會(huì)超過(guò)原子核、核子、中子……,如果再繼續(xù)坍縮下去,中子也可能被壓碎。那么,黑洞中的物質(zhì)基元究竟是什么呢?有什么斥力與引力對(duì)抗才使黑洞停留在某一階段而不再繼續(xù)坍縮呢?如果沒(méi)有斥力,那么黑洞將無(wú)限地坍縮下去,直到體積無(wú)窮小,密度無(wú)窮大,內(nèi)部壓力也無(wú)窮大,而這卻是物理學(xué)理論所不允許的。
總之,目前我們對(duì)黑洞、白洞和蟲(chóng)洞的本質(zhì)了解還很少,它們還是神秘的東西,很多問(wèn)題仍需要進(jìn)一步探討。目前天文學(xué)家已經(jīng)間接地找到了黑洞,但白洞、蟲(chóng)洞并未真正發(fā)現(xiàn),還只是一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)在科幻作品中的理論名詞。
蟲(chóng)洞也是霍金構(gòu)想的宇宙期存在的一種極細(xì)微的洞穴。美國(guó)科學(xué)家對(duì)此做了深入的研究。目前的宇宙中,“宇宙項(xiàng)”幾乎為零。所謂的宇宙項(xiàng)也稱(chēng)為“真空的能量”,在沒(méi)有物質(zhì)的空間中,能量也同樣存在其內(nèi)部,這是由愛(ài)因斯坦所導(dǎo)入的。宇宙初期的膨脹宇宙,宇宙項(xiàng)是必須的,而且,在基本粒子論里,也認(rèn)為真空中的能量是自然呈現(xiàn)的。那么,為何目前宇宙的宇宙項(xiàng)變?yōu)榱隳??柯?tīng)柭f(shuō)明:在爆炸以前的初期宇宙中,蟲(chóng)洞連接著很多的宇宙,很巧妙地將宇宙項(xiàng)的大小調(diào)整為零。結(jié)果,由一個(gè)宇宙可能產(chǎn)生另一個(gè)宇宙,而且,宇宙中也有可能有無(wú)數(shù)個(gè)這種微細(xì)的洞穴,它們可通往一個(gè)宇宙的過(guò)去及未來(lái),或其他的宇宙。
旋轉(zhuǎn)的或帶有電荷的黑洞內(nèi)部連接一個(gè)相應(yīng)的白洞,你可以跳進(jìn)黑洞而從白洞中跳出來(lái)。這樣的黑洞和白洞的組合叫做蟲(chóng)洞。
白洞有可能離黑洞十分遠(yuǎn);實(shí)際上它甚至有可能在一個(gè)“不同的宇宙”--那就是,一個(gè)時(shí)空區(qū)域,除了蟲(chóng)洞本身,完全和我們?cè)诘膮^(qū)域沒(méi)有連接。一個(gè)位置方便的蟲(chóng)洞會(huì)給我們一個(gè)方便和快捷的方法去旅行很長(zhǎng)一段距離,甚至旅行到另一個(gè)宇宙?;蛟S蟲(chóng)洞的出口停在過(guò)去,這樣你可以通過(guò)它而逆著時(shí)間旅行??偟膩?lái)說(shuō),它們聽(tīng)起來(lái)很酷。
但在你認(rèn)定那個(gè)理論正確而打算去尋找它們之前,你應(yīng)該知道兩件事。首先,蟲(chóng)洞幾乎可以肯定不存在。正如我們上面我們說(shuō)到白洞時(shí),只因?yàn)樗鼈兪欠匠探M有效的數(shù)學(xué)解并不表明它們?cè)谧匀恢写嬖凇L貏e的,當(dāng)黑洞由普通物質(zhì)坍塌形成(包括我們認(rèn)為存在的所有黑洞)并不會(huì)形成蟲(chóng)洞。如果你掉進(jìn)其中的一個(gè),你并不會(huì)從什么地方跳出來(lái)。你會(huì)撞到奇點(diǎn),那是你唯一可去的地方。
還有,即使形成了一個(gè)蟲(chóng)洞,它也被認(rèn)為是不穩(wěn)定的。即使是很小的擾動(dòng)(包括你嘗試穿過(guò)它的擾動(dòng))都會(huì)導(dǎo)致它坍塌。
最后,即使蟲(chóng)洞存在并且是穩(wěn)定的,穿過(guò)它們也是十分不愉快的。貫穿蟲(chóng)洞的輻射(來(lái)自附近的恒星,宇宙的微波背景等等)將藍(lán)移到非常高的頻率。當(dāng)你試著穿越蟲(chóng)洞時(shí),你將被這些X射線(xiàn)和伽瑪射線(xiàn)烤焦。蟲(chóng)洞的出現(xiàn),幾乎何以說(shuō)是和黑洞同時(shí)的。
物理學(xué)家一直認(rèn)為,蟲(chóng)洞的引力過(guò)大,會(huì)毀滅所有進(jìn)入它的東西,因此不可能用在宇宙旅行之上。但是,假設(shè)宇宙中有蟲(chóng)洞這種物質(zhì)存在,那么就可以有一種說(shuō)法:如果你于12:00站在蟲(chóng)洞的一端(入口),那你就會(huì)于12:00從蟲(chóng)洞的另一端(出口)出來(lái)。
黑洞和黑洞之間也可以通過(guò)蟲(chóng)洞連接,當(dāng)然,這種連接無(wú)論是如何的便利,它卻有可能是一個(gè)連通的“宇宙監(jiān)獄”。
蟲(chóng)洞(Wormhole),又稱(chēng)愛(ài)因斯坦-羅森橋,是宇宙中可能存在的連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。
蟲(chóng)洞有幾種說(shuō)法
一是空間的隧道,就像一個(gè)球,你要沿球面走就遠(yuǎn)了。但如果你走的是球里的一條直徑就近了。蟲(chóng)洞就是直徑。
二是黑洞與白洞的聯(lián)系通道。
三是所謂的時(shí)間隧道。根據(jù)愛(ài)因斯坦所說(shuō)的,你可以進(jìn)行時(shí)間旅行,但你只能看,就像看電影,卻無(wú)法改變發(fā)生的事情。因?yàn)闀r(shí)間是線(xiàn)性的,事件就是一個(gè)個(gè)珠子已經(jīng)穿好,你無(wú)法改變珠子也無(wú)法調(diào)動(dòng)順序。
到現(xiàn)在為止,我們討論的都是普通“完美”黑洞。細(xì)節(jié)上,我們討論的黑洞都不旋轉(zhuǎn)也沒(méi)有電荷。如果我們考慮黑洞旋轉(zhuǎn)或者帶有電荷,事情會(huì)變的更復(fù)雜。特別的是,你有可能跳進(jìn)這樣的黑洞而不撞到奇點(diǎn)。結(jié)果是,旋轉(zhuǎn)的或帶有電荷的黑洞內(nèi)部連接一個(gè)相應(yīng)的白洞,你可以跳進(jìn)黑洞而從白洞中跳出來(lái)。這樣的黑洞和白洞的組合叫做蟲(chóng)洞。
白洞有可能離黑洞十分遠(yuǎn);實(shí)際上它甚至有可能在一個(gè)“不同的宇宙”--那就是,一個(gè)時(shí)空區(qū)域,除了蟲(chóng)洞本身,完全和我們?cè)诘膮^(qū)域沒(méi)有連接。一個(gè)位置方便的蟲(chóng)洞會(huì)給我們一個(gè)方便和快捷的方法去旅行很長(zhǎng)一段距離,甚至旅行到另一個(gè)宇宙?;蛟S蟲(chóng)洞的出口停在過(guò)去,這樣你可以通過(guò)它而逆著時(shí)間旅行??偟膩?lái)說(shuō),它們聽(tīng)起來(lái)很酷。
蟲(chóng)洞有些什么性質(zhì)呢?蟲(chóng)洞的存在,依賴(lài)于一種奇異的性質(zhì)和物質(zhì),而這種奇異的性質(zhì),就是負(fù)能量。只有負(fù)能量才可以維持蟲(chóng)洞的存在,保持蟲(chóng)洞與外界時(shí)空的分解面持續(xù)打開(kāi)。當(dāng)然,狄拉克在芬克爾斯坦參照系的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)了參照系的選擇可以幫助我們更容易或者難地來(lái)分析物理問(wèn)題。同樣的,負(fù)能量在狄拉克的另一個(gè)參照系中,是非常容易實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)槟芰康谋憩F(xiàn)形式和觀(guān)測(cè)物體的速度有關(guān)。這個(gè)結(jié)論在膜規(guī)范理論中同樣起到了十分重要的作用。根據(jù)參照系的不同,負(fù)能量是十分容易實(shí)現(xiàn)的。在物體以近光速接近蟲(chóng)洞的時(shí)候,在蟲(chóng)洞的周?chē)哪芰孔匀痪统蔀榱素?fù)的。因而以接近光速的速度可以進(jìn)入蟲(chóng)洞,而速度離光速太大,那么物體是無(wú)論如何也不可能進(jìn)入蟲(chóng)洞的。這個(gè)也就是蟲(chóng)洞的特殊性質(zhì)之一。
但是蟲(chóng)洞并沒(méi)有這么太平。前面說(shuō)的是在安靜的相對(duì)論中的蟲(chóng)洞,在暴躁的量子理論中,蟲(chóng)洞的性質(zhì)又有了十分重要的變化。
我們先來(lái)看在黑洞中的蟲(chóng)洞,也就是史瓦西喉和奇點(diǎn)周?chē)纬傻淖佑钪妗?p> 黑洞周?chē)牧孔诱婵諠q落在黑洞巨大引力的作用下,會(huì)被黑洞的引力能“喂”大,形成十分驚人的能量輻射。這種能量會(huì)毫不留情地將一切形式的蟲(chóng)洞摧毀。
在沒(méi)有黑洞包圍的蟲(chóng)洞中,由于同樣的沒(méi)有黑洞巨大引力的“喂養(yǎng)”,蟲(chóng)洞本身也不可能開(kāi)啟太久。蟲(chóng)洞有很大幾率被隨機(jī)打開(kāi),但是有更大的幾率突然消失。蟲(chóng)洞打開(kāi)的時(shí)間十分短,僅僅是幾個(gè)普朗克時(shí)間。在如此短的“壽命”中,即使是光也不可能走完蟲(chóng)洞的一半旅途,而在半路由于蟲(chóng)洞的消失而在整個(gè)時(shí)空中消失,成為真正的四維時(shí)空中迷失的旅行者。
而且,在沒(méi)有物體通過(guò)蟲(chóng)洞的時(shí)候,蟲(chóng)洞還比較“長(zhǎng)壽”,而一旦有物體進(jìn)入了蟲(chóng)洞,如果這個(gè)物體是負(fù)能量的,那么還好,蟲(chóng)洞會(huì)被撐開(kāi);但是如果物體是正能量的,那么蟲(chóng)洞會(huì)在自己“自然死亡”以前就“滅亡”掉。而在宇宙中,幾乎無(wú)時(shí)無(wú)刻不存在能量輻射通過(guò)宇宙的每一個(gè)角落,而這些輻射都是正能量的,因此幾乎可以肯定,在自然情況下是不存在蟲(chóng)洞的。