蟲洞是如何形成的_蟲洞的形成原因(2)
蟲洞是如何形成的_蟲洞的形成原因
蟲洞來源
蟲洞理論
蟲洞的概念最初產(chǎn)生于對史瓦西解的研究中。物理學(xué)家在分析白洞解的時候，通過一個阿爾伯特·愛因斯坦的思想實驗，發(fā)現(xiàn)宇宙時空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞，那么時空在史瓦西半徑，也就是視界的地方與原來的時空垂直。在不平坦的宇宙時空中，這種結(jié)構(gòu)就意味著黑洞視界內(nèi)的部分會與宇宙的另一個部分相結(jié)合，然后在那里產(chǎn)生一個洞。這個洞可以是黑洞，也可以是白洞。而這個彎曲的視界，就叫做史瓦西喉，它就是一種特定的蟲洞。
自從在史瓦西解中發(fā)現(xiàn)了蟲洞，物理學(xué)家們就開始對蟲洞的性質(zhì)發(fā)生了興趣。
蟲洞連接黑洞和白洞，在黑洞與白洞之間傳送物質(zhì)。在這里，蟲洞成為一個阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋，物質(zhì)在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子，然后通過這個蟲洞(即阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋)被傳送到白洞并且被輻射出去。
蟲洞還可以在宇宙的正常時空中顯現(xiàn)，成為一個突然出現(xiàn)的超時空管道。理論推出的蟲洞還有許多特性，限于篇幅，這里不再贅述。
總之，對黑洞、白洞和蟲洞的本質(zhì)了解還很少，它們還是神秘的東西，很多問題仍需要進(jìn)一步探討。天文學(xué)家已經(jīng)間接地找到了黑洞，但白洞、蟲洞并未真正發(fā)現(xiàn)，還只是一個經(jīng)常出現(xiàn)在科幻作品中的理論名詞。
宇宙中，“宇宙項”幾乎為零。所謂的宇宙項也稱為“真空的能量”，在沒有物質(zhì)的空間中，能量也同樣存在其內(nèi)部，這是由愛因斯坦所導(dǎo)入的。宇宙初期的膨脹宇宙，宇宙項是必須的，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，為何宇宙的宇宙項變?yōu)榱隳?柯爾曼說明：在爆炸以前的初期宇宙中，蟲洞連接著很多的宇宙，很巧妙地將宇宙項的大小調(diào)整為零。結(jié)果，由一個宇宙可能產(chǎn)生另一個宇宙，而且，宇宙中也有可能有無數(shù)個這種微細(xì)的洞穴，它們可通往一個宇宙的過去及未來，或其他的宇宙。
即使蟲洞存在并且是穩(wěn)定的，穿過它們也是十分不愉快的。貫穿蟲洞的輻射(來自附近的恒星，宇宙的微波背景等等)將藍(lán)移到非常高的頻率。當(dāng)你試著穿越蟲洞時，你將被這些X射線和伽瑪射線烤焦。蟲洞的出現(xiàn)，幾乎可以說是和黑洞同時的。
物理學(xué)家一直認(rèn)為，蟲洞的引力過大，會毀滅所有進(jìn)入它的東西，因此不可能用在宇宙旅行之上。但是，假設(shè)宇宙中有蟲洞這種物質(zhì)存在，那么就可以有一種說法：如果你于12：00站在蟲洞的一端(入口)，那你就會于12：00從蟲洞的另一端(出口)出來。
蟲洞(Wormhole)，又稱愛因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。
蟲洞的理論基礎(chǔ)
蟲洞有幾種說法：
一是空間中的隧道，它就像一個球體，你要是沿球面走就遠(yuǎn)了。但如果你走的是球里的一條直徑就近了，蟲洞就是直徑!
二是黑洞與白洞的聯(lián)系。黑洞可以產(chǎn)生一個勢阱，白洞則可以產(chǎn)生一個反勢阱。宇宙是三維的，將勢阱看作第四維，那么蟲洞就是連接勢阱和反勢阱的第五維。假如畫出宇宙、勢阱、反勢阱和蟲洞的圖像，它就像一個克萊因瓶——瓶口是黑洞，瓶身和瓶頸的交界處是白洞，瓶頸是蟲洞!
三是你說的時間隧道，根據(jù)愛因斯坦所說的你可以進(jìn)行時間旅行，但你只能看，就像看電影，卻無法改變發(fā)生的事情，因為時間是線性的，事件就是一個個珠子已經(jīng)穿好，你無法改變珠子也無法調(diào)動順序!
討論的都是普通“完美”黑洞。細(xì)節(jié)上，討論的黑洞都不旋轉(zhuǎn)也沒有電荷。如果考慮黑洞旋轉(zhuǎn)同時/或者帶有電荷，事情會變的更復(fù)雜。特別的是，你有可能跳進(jìn)這樣的黑洞而不撞到奇點。結(jié)果是，旋轉(zhuǎn)的或帶有電荷的黑洞內(nèi)部連接一個相應(yīng)的白洞，你可以跳進(jìn)黑洞而從白洞中跳出來。這樣的黑洞和白洞的組合叫做蟲洞!
白洞有可能離黑洞十分遠(yuǎn);實際上它甚至有可能在一個“不同的宇宙”--那就是，一個時空區(qū)域，除了蟲洞本身，完全和在的區(qū)域沒有連接。一個位置方便的蟲洞會給一個方便和快捷的方法去旅行很長一段距離，甚至旅行到另一個宇宙?；蛟S蟲洞的出口停在過去，這樣你可以通過它而逆著時間旅行?？偟膩碚f，它們聽起來很酷。
但在你認(rèn)定那個理論正確而打算去尋找它們之前，你因該知道兩件事。首先，蟲洞幾乎不存在。正如上面說到白洞時，只因為它們是方程組有效的數(shù)學(xué)解并不表明它們在自然中存在。特別的，當(dāng)黑洞由普通物質(zhì)坍塌形成(包括認(rèn)為存在的所有黑洞)并不會形成蟲洞。如果你掉進(jìn)其中的一個，你并不會從什么地方跳出來。你會撞到奇點，那是你唯一可去的地方!
還有，即使形成了一個蟲洞，它也被認(rèn)為是不穩(wěn)定的。即使是很小的擾動(包括你嘗試穿過它的擾動)都會導(dǎo)致它坍塌。
在史瓦西發(fā)現(xiàn)了史瓦西黑洞以后，理論物理學(xué)家們對愛因斯坦常方程的史瓦西解進(jìn)行了幾乎半個世紀(jì)的探索。包括上面說過的克爾解、雷斯勒——諾斯特朗姆解以及后來的紐曼解，都是圍繞史瓦西的解研究出來的成果。我在這里將介紹給大家的蟲洞，也是史瓦西的后代。
蟲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候。他們通過一個愛因坦的思想實驗，發(fā)現(xiàn)時空可以不是平坦的，而是彎曲的。在這種情況下，會十分驚奇的發(fā)現(xiàn)，如果恒星形成了黑洞，那么時空在史瓦西半徑，也就是視界的地方是與原來的時空完全垂直的。
自從在史瓦西解中發(fā)現(xiàn)了蟲洞，物理學(xué)家們就開始對蟲洞的性質(zhì)感到好奇!
先來看一個蟲洞的經(jīng)典作用：連接黑洞和白洞，成為一個愛因斯坦——羅森橋，將物質(zhì)在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子，然后通過這個蟲洞(即愛因斯坦——羅森橋)被傳送到這個白洞的所在，并且被輻射出去。
蟲洞不僅可以作為一個連接洞的工具，它還在宇宙的正常時空中出現(xiàn)，成為一個突然出現(xiàn)在宇宙中的超空間管道。
蟲洞沒有視界，它有的僅僅是一個和外界的分解面。蟲洞通過這個分解面和超空間連接，但是在這里時空曲率不是無限大。就好比在一個在平面中一條曲線和另一條曲線相切，在蟲洞的問題中，它就好比是一個四維管道和一個三維的空間相切，在這里時空曲率不是無限大。因而可以安全地通過蟲洞，而不被巨大的引力所摧毀。
天體物理學(xué)家認(rèn)為蟲洞是一種天然的時間機(jī)器，維持蟲洞的開放可以使回到過去或者進(jìn)入未來，當(dāng)然還沒證據(jù)顯示宇宙中存在“宏觀蟲洞，
天體物理學(xué)家稱蟲洞可能是一種天然的時間機(jī)器，雖然超越蟲洞的行為從沒有出現(xiàn)過，而且蟲洞本身是否真實存在也沒有直接證據(jù)證實，只是根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言對這一奇特的時空進(jìn)行研究。時間機(jī)器只在科幻片中出現(xiàn)，事件逆著時間箭頭方向前進(jìn)幾乎不可能發(fā)生，但是愛因斯坦的時空理論允許時間旅行，相對論中預(yù)言的某些特定時空可以使時間倒退，通過時空彎曲將兩個遙遠(yuǎn)的空間連接在一起，使得三維空間的旅行變得非常迅速數(shù)萬光年的旅程會被大大壓縮。
天體物理學(xué)家埃里克·戴維斯認(rèn)為如果能維持一個蟲洞的連續(xù)開放，就可以回到過去或者進(jìn)入未來世界，但是蟲洞在哪兒?還沒有發(fā)現(xiàn)蟲洞在現(xiàn)實宇宙中存在的證據(jù)，如果蟲洞確實存在，那么可能連一個人也裝不下更何況是一艘飛船。對此，物理學(xué)家們提出了一種被稱為“封閉類時曲線”的理論，暗示時間機(jī)器是可以被制造出來。利用蟲洞穿越時空可以滿足光速上限論的要求，超光速運行實際上就時空扭曲的結(jié)果，通過高度扭曲時空達(dá)到超光速的效果。
按照科學(xué)家的研究，維持一個蟲洞的連續(xù)開放需要大量的“奇異外來物質(zhì)”，這種物質(zhì)對其知之甚少其中將涉及到量子理論，而廣義相對論無法解釋這些奇異物質(zhì)。天體物理學(xué)家羅伯特·歐文認(rèn)為物體在進(jìn)入蟲洞試圖進(jìn)行時間旅行時，會有多種物理定律限制其工作，似乎是自然界的某種機(jī)制將蟲洞關(guān)閉。根據(jù)量子理論，維持蟲洞的時間機(jī)器可能導(dǎo)致大量的能量聚集，最終會“摧毀”蟲洞，因此必須在蟲洞關(guān)閉之前完成時間旅行在研究蟲洞之前，科學(xué)家們需要花時間去處理廣義相對論和量子理論之間的問題，新的理論將作為時間旅行的基礎(chǔ)
蟲洞的相關(guān)理論
“蟲洞”就在四周
物理學(xué)家霍金拍攝一部有關(guān)宇宙的紀(jì)錄片時指出，要進(jìn)入未來大概有兩種方法，第一就是通過所謂的“蟲洞”?；艚饛?qiáng)調(diào)，蟲洞就在四周，只是小到肉眼很難看見，它們存在于空間與時間的裂縫中。如同在3度空間中，時間也有細(xì)微的裂縫，而比分子、原子還細(xì)小的空間則被命名為“量子泡沫”，蟲洞就存在于其中。不過，霍金表示，這些隧道小到人類無法穿越，但有朝一日也許能夠抓住一個蟲洞，再將它無限放大，或許將來也可以建造一個巨大的蟲洞。
霍金指出，理論上時光隧道或蟲洞不但能帶著人類前往其他行星，如果蟲洞兩端位于同一位置，且以時間而非距離間隔，那么太空船即可飛入，飛出后仍然接近地球，只是進(jìn)入所謂“遙遠(yuǎn)的過去”。不過霍金也指出，時光機(jī)不能回到過去，因為回到過去違反了基本的因果論。
另外，霍金還說，如果科學(xué)家能夠建造速度接近光速的太空船，那么太空船必然會因為不能違反光速是最大速限的法則，而導(dǎo)致艙內(nèi)的時間變慢，那么飛行一個星期就等于是地面上的100年，也就相當(dāng)于飛進(jìn)未來。
近光速飛行
歷史上最快的有人駕駛飛行器，是“阿波羅十號”。它達(dá)到每小時25000英里。但若想在時間中旅行，必須再快2000多倍。需要一部足以攜帶大量燃料的龐大機(jī)器。飛船會不斷加速，在一周內(nèi)，它就可以到達(dá)外行星。兩年后，它可以達(dá)到半光速，飛出太陽系。再兩年后它將達(dá)到光速的90%，遠(yuǎn)離地球約三十萬億英里。發(fā)射四年后，飛船就會開始穿越未來。飛船上每度過一小時，地球上將度過兩小時。
再經(jīng)過兩年開足馬力的旅行，飛船將達(dá)到其最高速，也即光速的99%。在這種速度中，飛船上的一天，等于地球上的一年。這時，的飛船就真正飛入未來了。
其他物理學(xué)家支持霍金的理論，包括曼徹斯特大學(xué)粒子物理學(xué)教授布賴恩科克斯?？瓶怂拐f：“當(dāng)用大型強(qiáng)子對撞機(jī)把粒子加速，達(dá)到光速的99%，粒子經(jīng)歷的時間，以的時間的七千分之一速率消逝。太空中的數(shù)十年，在地球上可能已過去了250萬年。”
但遺憾的是，有關(guān)蟲洞的論述還未被實驗證實。
銀河系中央超大黑洞可能是個蟲洞
在銀河系中央存在恐怖的超大質(zhì)量黑洞，這是一種質(zhì)量龐大的天體，至少可達(dá)到數(shù)百萬倍太陽質(zhì)量，但科學(xué)家最近提出了一個設(shè)想，認(rèn)為銀河系中央的超大質(zhì)量黑洞可能是一個蟲洞，如果有更高級的文明存在，那么它們就會利用這個蟲洞進(jìn)行星際旅行，甚至是回到過去。銀河系中央的黑洞被命名為人馬座A*，其在吞噬物質(zhì)的過程中釋放出強(qiáng)大的射電波，質(zhì)量接近太陽質(zhì)量的4百萬倍左右，目前我們對這個黑洞的了解并不多，但它確實是存在的。
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