虫洞真的存在吗?新方法可能会让我们更快地找到它们

2021年2月23日10:02:21 评论 40

虫洞真的存在吗?新方法可能会让我们更快地找到它们

图片来源:Pixabay写的|Andreea Font

翻译|耿淑娟

修改|张

爱因斯坦的广义相对论极大地改变了物理学的一些基本概念,如对时间和空间的认知。但也给我们留下了许多深刻的谜团。其中一个是黑洞,但在过去的几年里,我们已经证实了它的存在。另一个谜是“虫洞”的存在,虫洞是连接时空不同点的桥梁,理论上可以为太空旅行者提供捷径。

目前我们对虫洞的认识还处于想象阶段。一些科学家认为我们可能在不久的将来发现虫洞。最近几个月,一些新的研究提出了一些有趣的方法,可能会促进对虫洞的研究。黑洞和虫洞是爱因斯坦方程中的特殊解,只有时空结构因重力而发生强烈弯曲时才会出现。例如,当物质极其稠密时,时空结构可能会变得如此扭曲,以至于光无法从中逃逸。

因为这个理论允许时空结构被拉伸或弯曲,所以我们可以想象所有可能的结构形式。1935年,爱因斯坦和物理学家纳森罗森描述了两个时空是如何连接在一起并在它们之间架起一座桥梁的。这是一种虫洞,从中可以想象出许多其他类型的虫洞。

有些虫洞可能是可以通过的,也就是人类可能可以穿梭其中。然而,这些虫洞必须足够大,以抵抗关闭虫洞的重力,并保持开放。这样外推时间和空间,会消耗大量的“负能量”。听起来像科幻小说里的情节?但是,负能量是真实存在的,科学家在实验室里已经产生了少量的负能量。而负能量是宇宙加速膨胀的原因,所以大自然可能已经掌握了创造虫洞的方法。

虫洞真的存在吗?新方法可能会让我们更快地找到它们

我们只能看到黑洞。图片来源:事件视界望远镜/维基百科,CC BY-SA,如何证明虫洞的存在?最近,俄罗斯天文学家在《皇家天文学会月刊》发表的一篇论文中说,虫洞可能存在于一些非常亮的恒星系统中心,还提出了一些寻找虫洞的观测方法。这些方法是基于飞出虫洞的物质和落入虫洞的物质发生碰撞的可能后果。计算表明,这种碰撞会产生大量的伽马射线,我们可以尝试用望远镜观察它们。

这种辐射可能是区分虫洞和黑洞的关键。以前的研究认为不可能把它们和外界区分开来。黑洞产生的伽马射线较少,通过喷射释放出来。虫洞产生的辐射将被限制在一个巨大的球体中。虽然本研究考虑了可以穿梭的虫洞,但穿梭过程并不愉快。这种虫洞非常靠近活跃星系的中心,那里的高温会把一切都烤成碎片。但并不是所有的虫洞都是这样,离星系中心更远的虫洞也没有这个问题。

虫洞可能存在于星系中心的假设并不新鲜。以位于银河系中心的超级黑洞为例,科学家们通过长期跟踪黑洞附近恒星的轨道变化取得了这一伟大成就,获得了2020年诺贝尔物理学奖。然而,最近的一篇论文表明引力可能是由虫洞引起的。与黑洞不同,虫洞可能会“泄漏”另一侧物体的部分引力,这将略微改变星系中心恒星的运动。根据这项研究,在不久的将来,我们应该可以通过提高测量设备的灵敏度来观察这种特定的效果。

巧合的是,在最近发表的另一项研究中,研究人员在星空中发现了“奇怪的无线电圈”。这些电圈很奇怪,因为它们很大却不与任何可见物体结合。目前还没有传统理论对此进行解释,虫洞也被认为是造成这种现象的可能原因之一。

虫洞牢牢抓住了人类的想象力。在某种程度上,虫洞是逃避现实的一种最喜欢的方式。因为黑洞会捕获任何冒险进入其中的物质,所以人们对它有些害怕。另一方面,虫洞可能允许我们以远超光速的速度到达遥远的地方。

在主宰原子和粒子世界的量子物理中,虫洞也是突然出现的。根据量子力学,粒子可以突然出现在一个空的空间,过一会儿突然消失。无数实验观察到了这种现象。如果粒子可以突然产生,为什么虫洞不能?物理学家认为,虫洞可能是在宇宙早期形成的,是从一堆突然出现又消失的量子气泡中浮现出来的。其中一些“原始虫洞”今天可能仍然存在。

最近的“量子隐形传态”(——)实验,一个量子信息在两个没有实体的地方之间传输,已经取得了初步的成功,两者之间的运行模式惊人地类似于两个由虫洞连接的黑洞。这些实验也许能够解决“量子信息悖论”,即物理信息可能在黑洞中永久消失。这个实验也揭示了量子物理中臭名昭著的不相容理论和引力之间的重要关系。——虫洞和它们之间的关系可能有助于建立一个“万物理论”。

虫洞在这些著名理论的发展中起着重要作用。我们可能还没有看到虫洞,但它们可能确实存在,甚至可能帮助我们理解宇宙中一些最深层次的奥秘,比如我们的宇宙是否独特。

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