宇宙中的虫洞来源是什么
宇宙中的虫洞是科学家推测可能存在的一种特殊隧道,它的两头连接着两个遥远的时空,理论上说,如果能从虫洞的一端穿越到另一端,就能实现超越光速的时空旅行。那关于虫洞的来源你知道吗?
虫洞来源
虫洞”的概念最早于1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆提出,并于20世纪30年代由爱因斯坦及纳森·罗森加以完善[3] ,因此,“虫洞”又被称作“爱因斯坦—罗森桥”。一般情况下,人们口中的“虫洞”是“时空虫洞”的简称,它被认为是宇宙中可能存在的“捷径”,物体通过这条捷径可以在瞬间进行时空转移。但爱因斯坦本人并不认为“虫洞”是客观存在的,所以,“虫洞”在后来的几十年中,都被认为只是个“数学伎俩”。
1963年,新西兰数学家罗伊·克尔提出假设,使得“虫洞”的存在重新获得了理论支持。和人类一样,恒星也会经历生老病死的过程,克尔认为,如果恒星在接近死亡时能够保持旋转,就会形成我们在电影中看到的“动态黑洞”。当我们像电影中那样沿着旋转轴心将物体发射进入后,若是能够突破黑洞中心的重力场极限,就会进入所谓的“镜像宇宙”。《星际穿越》中的宇航员库珀在黑洞中所处的“超维度”空间,其实就可以被看作是对“镜像宇宙”的一种解读。从宇宙进入“镜像宇宙”,本身就是一次“时空穿越 ”。
“银河系虫洞说”源自在暗物质研究上取得的突破 。暗物质是指不与电磁力产生作用、无法通过电磁波的观测进行研究的物质。与“虫洞”不同的是,人们已经通过引力效应证实了宇宙中有大量暗物质存在。的里雅斯特国际高等研究院课题组在2013年绘制了一份非常详细的银河系暗物质分布图,将其与最新研究得出的宇宙大爆炸模型结合后,发现银河系中不仅具备存在“虫洞”的条件,甚至整个银河系都可能是个巨大的“虫洞 ”。
按照意大利天体物理学家保罗·萨鲁奇等人建立的理论模型来看,这样的假设确实有可能得到证实 ,而其更大的意义在于,它将促使科学家对暗物质研究进行“更为准确的重新思考”:暗物质是否就是“另一个维度”的存在?或者,它本身就是一个星际交通的运输系统 ?
“虫洞说”目 前仍是一种假设,但科学的进步离不开大胆的假设 。人们一度认为物质的最小组成单位是原子,后来又发现了中子和质子。同样,长久以来,人类也曾认为宇宙是由物质构成的,但暗物质的存在推翻了这一结论。科学假设的意义,就在于摆脱现有束缚,通过不断地自我否定和怀疑,推进人类对宇宙的了解和自身的进步。正如萨鲁奇所言:“在任何情况下,我们都需要问自己,那到底是什么 ?”
虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中。理论物理学家在分析白洞解的时候,通过一个阿尔伯特·爱因斯坦的思想实验,发现宇宙时空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞,那么时空在史瓦西半径,也就是视界的地方与原来的时空垂直。在不平坦的宇宙时空中,这种结构就意味着黑洞。
视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合,然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞,也可以是白洞。而这个弯曲的视界,就叫做史瓦西喉,它就是一种特定的虫洞。
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发生了兴趣。
虫洞连接黑洞和白洞,在黑洞与白洞之间通过这个虫洞(即阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥)被传送到白洞并且被辐射出去。
虫洞还可以在宇宙的正常时空中显现,成为一个突然出现的超时空。理论推出的虫洞还有许多特性,限于篇幅,这里不再赘述。
总之,我们对黑洞、白洞和虫洞的本质了解还很少,它们还是神秘的东西,很多问题仍需要进一步探讨。天文学家已经间接地找到了黑洞,但白洞、虫洞并未真正发现,还只是一个经常出现在科幻作品中的理论名词。
科学变革的可能
在广义相对论的体系之下,虫洞产生的引力作用是如此巨大,它其实不能单独存在多久就会自我毁灭,所以虫洞的长期存在需要奇异物质(exotic matter)的维持。
“奇异物质”这个十分玄幻的词并不是Rex使用的一个修饰词,而是科学家定义的一类物质的名称!但是顾名思义,这些物质有着奇异的性质,或者说能力,可以做到一些一般物质完成不了的任务,比如说负能量产生的反引力效果,可以抵消正常的引力效应,从而维持虫洞的“存活”。广义上对它的定义是:不由强子(baryons)所构成的物质。
所以说,如果我们真的可以直接观测到宇宙中的虫洞,那么也就间接证明了奇异物质的存在,或许我们会迎来另一次的科学变革,使得科学家们重新定义和理解引力,以及宇宙物质的构成等问题。
然而,以上的一切都基于层层假设之上,我们能否真的直接观测到阴影还需要等待数据分析的结果。上述对阴影形状的研究也只是基于一种特定的虫洞才能适用,这种虫洞是一种简化的,对称的理想虫洞,所以研究结果能应用到普通虫洞上的可能并不大。
经历了从物理出发到数学推导,再重新回到物理研究的过程,一路上我们对虫洞建立了太深的印象,好像它真的就挂在天上。我们曾经无数次通过数学计算找到了相应的物理现象,就像电磁波的提出、泊松亮斑的发现,当看到观测结果和理论预测完美吻合时,我也深深感受到了科学的魅力。只是对于虫洞来说,宏观虫洞的存在不可避免地指向了极其神秘的奇异物质,这些物质本身的性质、对虫洞的影响我们都无从得知,所以之后的推测也难以让人信服。
理论的突破和实验的证明是科学研究的左右手,也是我很喜欢的一种理性的美学,只是这一次,我们可能要接受科学另一种残缺的美了。