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创造虫洞需要什么条件?物理学家给出了“详细名单”

发布时间: 2019-9-5 17:12    查看:5101

据国外媒体报道,近日发表在预印网站arxiv上的一篇论文指出,我们也许有办法打造一个近乎稳定的虫洞。


虫洞听上去就很吸引人,毕竟按正常方法、我们要耗时数万年才能抵达另一颗恒星,但有了虫洞,我们就可以走捷径,瞬间到达宇宙的另一端。然而这里存在一个技术型难题:作为一种时空的扭曲现象,虫洞可以说极为不稳定。你只要从一端放进一个光子,虫洞就会以比光速还要快的速度坍缩。


但这篇新发表的论文指出,我们只需要几个黑洞、和几条无限长的宇宙弦,就可以打造出一个相当稳定的虫洞了。这种虫洞尽管也会坍缩,但速度很慢,足以在彻底坍缩之前实现信息、甚至物体的传送。


虫洞问题


从理论上来说,创造虫洞的方法相当简单明了。根据爱因斯坦的广义相对论,质量和能量可以使时空发生扭曲。只要找准质量和能量的值,就可以在宇宙的不同部分之间形成一条隧道、或者说一条捷径。


然而,即使是纸上谈兵,这些模拟出的虫洞也极不稳定。哪怕一个小小的光子从中穿过,都会引发灾难性的坍缩反应,使整个虫洞分崩离析。不过,适当的“负质量”可以抵消常规物质穿过虫洞时的不稳定效应,让虫洞可以被成功穿越。


不过,拥有负质量的物质并不存在,所以这条路行不通。


让我们从虫洞本身着手试一试。虫洞需要有一个入口和一个出口。从理论上来说,我们可以将一个黑洞(任何物质均无法从中逃脱)和一个白洞(任何物质均无法进入其中)联结在一起,从而构成一个虫洞。你可以从这条隧道的任意一端跳进去,然后毫发无损地从另一头出来。


但问题是,白洞也不存在,这样事情就更难办了。


给黑洞充电


既然白洞也不存在,我们还得想一套新方案。幸运的是,科学家通过精妙计算给出了一个可能的答案:给黑洞充电。黑洞可以携带电荷(虽然并不常见,但有就不错了),且这种黑洞的内部结构十分奇妙:正常黑洞的奇点为点状,但带电荷的黑洞的奇点则被拉长和扭曲了,因而可以与另一个带相反电荷的黑洞相连。这样一来,我们就得到了一个虫洞,并且所需“材料”是有可能真实存在的。


但这种由带电黑洞形成的虫洞存在两个问题。首先,它仍然不稳定,假如有某个东西、或者某个人试图穿越,它就会分崩离析。其次,两个带相反电荷的黑洞会受引力和电场力的双重吸引,一旦它们相遇,电荷就会中和,变成一整个大而无用的黑洞。


拉一张“宇宙弓”


因此,我们需要确保这两个带电黑洞之间离得足够远,还要确保整个虫洞隧道能够支撑住自己。而宇宙弦或许可以实现这一点。


宇宙弦是一种假设性的、存在于时空纹理之上的裂隙,有点像水冻结成冰时产生的裂纹。它们是宇宙大爆炸刚刚发生时产生的遗留物,有着十分奇异的性质,直径不超过一个光子,但仅仅一英寸长的质量就超过了珠穆朗玛峰。它们就像一把激光剑,可以轻轻松松把你割成两半。但用不着担心,因为我们还不确定宇宙弦是否真的存在,也从未在宇宙中观测到过它们。


不过话说回来,宇宙弦也没有理由不存在,所以我们还是有机会的。


就虫洞而言,宇宙弦还有一个非常有用的性质:它们的张力极大。换句话说,宇宙弦不容易被挤压到一起。假如将一根宇宙弦从虫洞中穿过、从两个黑洞外侧穿出,并将两段拉伸到无限长,弦的张力就会阻止两个黑洞互相吸引靠近。简而言之,这根宇宙弦的两端就像参加拔河比赛的两组对手一样,把两个黑洞拉得远远的。


抚平震颤


单独一根宇宙弦可以解决让虫洞两头保持开放的问题,但无法阻止虫洞自身发生坍缩。因此我们还要再加入一根宇宙弦,同样让它穿过虫洞,但从虫洞两端穿出后,则需要将其往回绕、在两个黑洞之间的普通空间中构成一个环形。一旦宇宙弦形成了一个闭环,就会发生剧烈震荡,使周围的时空纹理产生扰动。调试得当后,这种振动就会使周围空间中的能量变为负能量,在虫洞内部发挥负质量的作用,或许可以使虫洞稳定下来。


听上去可能有些复杂,但在最近发表的那篇论文中,理论物理学家给出了创造虫洞的“逐步说明”。当然,这种方法还不算完美,因为宇宙弦本身的振动会导致弦中的能量越来越少,因此质量也会不断减小、直至消失。宇宙弦一旦消失,虫洞也就坚持不了多久了。但这样的虫洞也许能在相当长的一段时间内保持稳定,足够让信息、甚至物体完好无损地从中穿过。


不过嘛,我们得先找到一些宇宙弦才行。(叶子)

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