天体科学家介绍,虫洞也可以说是一个纯天然的时间机器,目前超越虫洞的行为还没出现过,而且也并没有直接证据来证实虫洞真实存在,那么我们其实也只是根据爱因斯坦的广义相对论预言以及对此奇特时空进行研究。
时间机器只在科幻片中出现,事件逆着时间箭头方向前进几乎不可能发生,但是爱因斯坦的时空理论允许时间旅行,相对论中预言的某些特定时空可以使时间倒退,通过时空弯曲将两个遥远的空间连接在一起,使得三维空间的旅行变得非常迅速,数万光年的旅程会被大大压缩。
天体物理学家埃里克·戴维斯认为如果我们能维持一个虫洞的连续开放,就可以回到过去或进入未来世界,但是虫洞在哪儿?我们目前还没有发现虫洞在现实宇宙中存在的证据,如果虫洞确实存在,那么可能连一个人也装不下,更何况是一艘飞船。
对此,物理学家们提出了一种被称为“封闭类时曲线”的理论,暗示时间机器是可以被制造出来。利用虫洞穿越时空可以满足光速上限论的要求,超光速运行实际上就时空扭曲的结果,通过高度扭曲时空达到超光速的效果。
按照现在天体科学家的研究,保持一个虫洞的持续开放需要许多的“奇异外来物质”,我们对这种物质少知甚少,其中也会涉及到量子理论,而广义的相对论无法解释这些奇异物质。
物理学家罗伯特·欧文认为物体在进入虫洞试图进行时间旅行时,会有许多种物理定律限制其工作,似乎是自然界的某种机制将虫洞关闭。
据量子理论,维持虫洞的时间机器可能导致大量的能量聚集,最终会“摧毁”虫洞,因此我们必须在虫洞关闭之前完成时间旅行。在研究虫洞之前,科学家们需要花时间去处理广义相对论和量子理论之间的问题,新的理论将作为时间旅行的基础。
这一理论虽然可行,但人们至今没有找到虫洞,一部分科学家认为,宇宙中的黑洞,或许就是虫洞。宇宙中黑洞的存在非常广泛,但是虫洞的存在并不是十分的普遍。不过,一旦科学家发现虫洞真实存在,或许能揭开宇宙间时空穿梭的联接通道。
NASA一项科学研究数据显示,黑洞天体很可能是产生其他宇宙的虫洞。如果事实的确如此,那么它将帮助揭开一个名为黑洞信息悖论的量子谜题,但批评家认为它也可能引发新的问题,例如虫洞最初是如何形成的。
黑洞是内部具有强大引力场的天体,这样强大的引力使得即使是光也无法逃逸。爱因斯坦的广义相对论认为当物质被挤压成非常小的空间时就会形成黑洞。尽管黑洞无法被直接观测到,但天文学家已经鉴别了很多很可能是黑洞的天体,主要是基于对环绕在其周围的物质的观测。
法国高等科学研究所的天体物理学家蒂博·达穆尔(Thibault Damour)和德国不莱梅国际大学的谢尔盖·索罗杜金(Sergey Solodukhin)认为这些黑洞天体可能是名为虫洞的结构。
虫洞是连接时空织布中两个不同地方的弯曲通道。如果你将宇宙想象为二维的纸张,虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的“喉咙”通道。在这种情况下,另一张纸片可能是另一个单独的宇宙,拥有自己的恒星、星系和行星。达穆尔和索罗杜金研究了虫洞可能的情形,并惊讶的发现它如此类似于黑洞以至于几乎无法区分两者之间的差别。
霍金辐射
物质环绕虫洞旋转的方式与环绕黑洞是一样的,因为两者扭曲环绕它们的时空的方式是相同的。有人提出利用霍金辐射来区分两者,霍金辐射是指来自黑洞的光和粒子辐射,它们具有能量光谱的特性。但是这种辐射非常微弱以至于它可能被其他源完全湮没,例如宇宙大爆炸后残余的宇宙微波背景辐射,因此观测霍金辐射几乎是不可能的。
另一个可能存在的不同便是,虫洞可能没有黑洞所具有的视界。这意味着物质可以进入虫洞,也可以再次出来。实际上,理论家称有一类虫洞会自我包裹,因此并不会产生另一个宇宙的入口,而是返回到自身的入口。
勇敢者的游戏
即便如此,这也没有一个简单的测试方法。由于虫洞的具体的形状不同,物质跌入虫洞之后可能要花费数十亿年之后才能从里面出来。即使虫洞的形状非常完美,宇宙最古老的虫洞目前也尚未“吐出”任何物质。
看起来似乎只有一条探寻天文学黑洞的途径,那就是勇敢的纵身一跃。这绝对是一个勇敢者的危险游戏,因为如果跳入的是一个黑洞,其强大的重力场将会撕裂我们身体的每一个原子;即便幸运的进入了一个虫洞,内部强大的引力仍然是致命的。
假设你能幸存下来,而虫洞恰好是不对称的,你会发现自己处在另一个宇宙的另一边。还没等你看清楚,这个虫洞也许又把你吸回到所出发的宇宙入口了。
悠悠球运动
“太空船也能做这样的悠悠球运动,” 达穆尔说道,“(但是)如果使用自己的燃料,你就能从虫洞的引力中逃逸”,然后探索另一边的宇宙。
不过在宇宙这一边的朋友也许得等上数十亿年才能再次见到你,因为在虫洞里的穿行时间将会非常漫长。这样的延迟使得在虫洞两边的有效通讯变得几乎不可能。如果能够发现或者构建微观虫洞,这种延迟可能短至几秒钟时间,索罗杜金这样说道,这潜在的支持了双边通讯。
研究黑洞形成和虫洞特性的美国俄勒冈大学尤金分校的斯蒂芬·许(Stephen Hsu),也认为利用观测区分黑洞和虫洞之间差别几乎是不可能的,至少利用目前的科技是不可能实现的。
外来物质
“黑洞最重要的特性就是落入黑洞的物体“有去无回”的临界点,而对此我们目前还无法进行测试。” 斯蒂芬说道。但目前被认为是黑洞的天体也可能的确是黑洞而非虫洞,这种情况也并非不可能。目前存在不少关于黑洞形成的可行情景,例如大质量恒星的坍塌,但有关虫洞是如何形成的则仍是未知数。
虫洞可能与宏观的黑洞有所不同,它需要一些外来的物质保持自身稳定,而这种外来物质是否真实存在又是个未知数。
索罗杜金认为虫洞的形成方式可能与黑洞相差无几,例如都来自于坍塌的恒星。在这种情境下,物理学家一般认为会产生黑洞,但索罗杜金认为量子效应可能会阻止坍缩形成黑洞的过程,转而形成了虫洞。
微观黑洞
索罗杜金称这一机制在更完整的物理学理论下将不可避免,后者统一了重力和量子力学的理论,它是物理学界长久以来的梦想和目标。如果这一理论是正确的,那么以往我们认为会形成黑洞的地方,就可能会形成虫洞。
而这一猜想并不是没有方法对其进行测试,有的物理学家认为未来的粒子加速器实验将能够产生微观黑洞。这种微观黑洞有可能放射出可以计算的霍金辐射,以证明产生的是黑洞而非虫洞。但是如果索罗杜金猜想的是正确的话,那么形成的会是一个微观虫洞,因此将不会产生任何辐射。“通过这样简单的测试就能辨别产生的是黑洞还是虫洞。”
虫洞的另一个优点在于能够解决所谓的黑洞信息悖论。黑洞唯一能够释放出的就是霍金辐射,但这些霍金辐射将如何携带最初落入黑洞天体的原始信息,目前还尚不清楚。这种混乱效应与量子力学相冲突,后者禁止这种信息的丢失。
由于虫洞没有视界,物体无需转化成霍金辐射就能自动离开虫洞,因此也就不存在信息丢失的问题。因此,从理论上来说,虫洞要比黑洞好的多,虫洞不会发生信息丢失。