我们能看见虫洞吗?

作者: BloodyRex

来源: 牛油果进化论

发布日期: 2018-04-27

文章探讨了虫洞的理论概念及其在物理学中的研究进展,包括虫洞的定义、历史背景、与黑洞和白洞的关系,以及当前对虫洞的观测和研究的可能性。文章还提到了虫洞的观测对于科学理论的潜在影响,特别是关于奇异物质的存在。

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。要想清楚了解虫洞的来头,我们还得再次回到1916年。爱因斯坦提出广义相对论后,各地的科学家都对这一理论展开了积极研究,来自奥地利的物理学家Ludwig Flamm就是在这一过程中想到了类似虫洞的概念。

在解决广义相对论的核心方程(爱因斯坦场方程)时,方程的史瓦西解被找到,只是在这个解里面存在着奇异点,或者说是方程中的特殊情况。当我们把这种特殊情况和它的物理意义联系起来时,黑洞和白洞就被相继提出。

Ludwig Flamm设想中的虫洞正是连接黑洞和白洞的“管道”,由于联系着一黑一白,虫洞也有了另一个名称叫作“灰道”。1935年,爱因斯坦和罗森完善并正式提出了这一理论,从此,这种连接两个时空的神奇通道被人们称作爱因斯坦-罗森桥,或者虫洞。这样看来,黑洞、白洞和虫洞其实都是从物理方程出发,在数学意义上存在的概念。它们在宇宙里是否真的存在,还需要我们的观测结果来证实。

霍金曾对微观上的虫洞作出过解释,在他的理论中,微观虫洞其实不断在量子真空中出现和消失,只是它们体积极小,只有不及原子大小的基本粒子才能通过。这一解释显然让那些对时空旅行的充满期待的人失望了,幸运的是,宏观上的虫洞在理论上也是可能存在的。宏观上的虫洞和黑洞一样,周围会产生严重的时空包裹,也就是极强的引力作用。在这种作用下,光线沿曲线行走,虫洞周围的星云尘埃发出的光线汇聚过来,形成一个围绕虫洞的光环。

上个月30号,来自印度孟买的物理学家Rajibul Shaikh在arXiv上发表了一份最新研究成果,研究发现,一种特定的虫洞在旋转时会产生更加扭曲的阴影,而高速旋转下的黑洞的阴影则是保持一种碟型。所以如果我们可以直接观测到阴影的存在,这项发现就能帮助我们分辨观测到的究竟是黑洞还是虫洞。

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的维持。

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。

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