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蟲洞理論的要點

宇航員認為,雖然對“蟲洞”的研究剛剛起步,但其潛在的回報不容忽視。科學家認為,如果研究成功,人類可能需要重新評估自己在宇宙中的角色和地位。現在人類“被困”在地球上,要航行到最近的星系需要幾百年,這是人類目前不可能做到的。然而,在未來的太空航行中,如果使用“蟲洞”,它可以在瞬間到達宇宙中遙遠的地方。

根據科學家的觀察,宇宙中充滿了數百萬個“蟲洞”,但很少有直徑超過65438+百萬公裏的,而這個寬度是航天器安全航行的最低要求。“負質量”的發現為“蟲洞”的利用創造了新的機會,可以用來擴大和穩定微小的“蟲洞”。

科學家指出,如果將“負質量”轉移到“蟲洞”中,打開“蟲洞”,並加強和穩定其結構,航天器就可以通過。

蟲洞,這個科幻花園的主題,今天已經跳出了紙面,成為天文學家尋找的目標。蟲洞為什麽這麽吸引人?因為它為星際旅行提供了捷徑。比如從地球飛到最近的鄰居——比鄰星半人馬座,要走4光年的路程,穿過蟲洞只需要幾個小時。

事實上,在廣義相對論發表後很久,科學家們就在理論上發現了蟲洞的存在,但從那以後,對它的研究進展緩慢,它的許多性質仍然非常模糊。比如它只能讓光通過?或者妳也能讓飛船穿過去?直到1988,加州理工學院的索恩等人對蟲洞做了更深入的研究,才確認蟲洞的兩端都可以進入,並不是像黑洞壹樣的“單行道”。此外,旅行者在洞穴中只會經歷壹般的加速。不像在黑洞裏,如果妳的腳指向黑洞的中心,那麽巨大的引力場就會在妳的頭和腳之間形成巨大的張力差,足以把妳的頭撕裂。

索恩還提出了構造蟲洞的概念,這當然是理論上的。他說,這涉及到對宏觀空間的挖掘和扭曲。生活在二維空間(比如紙)中的智能螞蟻,想要從紙上的壹點走到另壹點。壹般只有壹條路,就是沿著連接兩點的直線走,這也是兩點之間最短的距離。但還有壹個更短的距離:把紙對折成兩邊,使兩點靠得很近,然後用紙管把兩點連接起來(這就提供了壹條穿越第三維的捷徑),這樣螞蟻就可以通過紙管到達另壹點。為此,螞蟻必須在紙上挖兩個洞。在這種情況下,紙管就很像壹個穿越更高空間的蟲洞。所以如果妳想建立壹個蟲洞,妳必須撕裂空間。

空間不是空的嗎?怎麽撕挖洞?很難想象,但是相對論早就告訴我們重力可以彎曲空間。索恩說,在空間的裂縫處,時空會出現陡峭的情況,就像黑洞中心的情況壹樣。但他承認,由於沒有成熟的量子引力理論,很難深入討論這個問題。

理論上講,蟲洞裏的空間扭曲到無法保持打開,即使能打開也只是壹瞬間。然而,蟲洞允許外來物質通過。為什麽外來物質會受到如此優待?這得從相對論說起。

愛因斯坦認為引力來自物質的兩種完全不同的性質。壹個是眾所周知的。質量密度越大,引力場越強。因為物質的質量相當於能量,所以可以說能量密度(單位體積所包含的能量)對引力有貢獻。另壹個是物質對周圍環境施加的壓力,就像氣體對容器壁施加的壓力壹樣,但這個壓力原則上可以是正的,也可以是負的。

與物質所包含的能量相比,這種壓力可以忽略不計。但是索恩說,有壹種物質有很大的負壓,外來物質顯然有這個特點,它的負壓超過了它的能量密度。因此,奇異物質周圍的空間扭曲得非常奇怪,這與壹般物質的扭曲相比,只是改變了空間扭曲的“符號”。具體來說,它的引力是排斥的。

根據現代宇宙學的理論,驅動宇宙在產生後立即迅速膨脹的力是在“奇怪”的真空中具有巨大負壓的排斥引力。宇宙的膨脹可能提供了壹種保持蟲洞打開的方法。壹些物理學家認為,膨脹可能會造成“宇宙繩”環(宇宙理論中的壹種物質)。當量子蟲洞和宇宙繩環同時膨脹時,就有可能產生宏觀蟲洞。此外,他們還認為,高級文明創造的人造蟲洞可能使用了外來物質的“柱子”來保持蟲洞的開放。因此,索恩的蟲洞可以描述為壹個奇異物質的蟲洞。

科學家邁克爾斯提出了磁蟲洞理論。他說極強的磁場會彎曲時空,形成蟲洞。根據相對論,任何含有能量的東西(包括磁場)都可以彎曲空間。早在20世紀20年代,意大利理論家賴特就在愛因斯坦的方程中發現了磁引力。

萊特的理論說,在螺線管產生的磁場中,螺線管內形成了壹個引力場,但要獲得這個人造引力場,磁場需要非常巨大。根據馬克斯的說法,萊特的磁引力與索恩的蟲洞非常相似。馬克斯說:“其理論的實際意義是壹個磁性蟲洞。”他說,如果在實驗室中使用2.5T(特斯拉)的磁場,可以構建壹個磁蟲洞,蟲洞的半徑特別大,大約150光年。如果蟲洞的半徑要壓縮到實驗室的規模,施加的磁場需要高達100億t,這顯然超過了人類目前的科技能力(最大人造磁場約為10t)但是邁克爾斯說,這種磁蟲洞可以在天空中找到,因為中子星表面的磁場達到654.38+000億t,那裏會自發產生磁蟲洞。

磁性蟲洞有壹個優點。據邁克爾說,這更容易衡量和驗證。因為磁引力也會影響光,“在引力場中,光速會變慢。”如果穿過螺線管的光速低於真空中的光速,就可以證明磁性蟲洞的存在。

只要它們存在於天空中,無論是奇異物質蟲洞還是磁性蟲洞,它們的特征信號都可以從地球上測量到。如果壹個蟲洞口位於地球和壹顆恒星之間,蟲洞的引力會導致這顆恒星的光線異常波動,這會讓我們看到壹個兩邊特別亮,中間特別暗(星光)的R光學圖像。為什麽這麽奇怪?這是關於負(質量)物質和引力透鏡。

根據俄羅斯科學家諾茹科夫的理論,當壹個物體進入壹個蟲洞時,在“入口處”的質量明顯增加,而在“出口處”則立即失去相應的質量。即使物體已經穿過蟲洞,它仍然會留下這些痕跡:蟲洞的壹邊會保持其獲得的質量,而另壹邊最終會呈現負質量。

負(質量)物質具有明顯的特性,它只有排斥引力,所以它可以掃過周圍的任何東西,對光的運動造成極大的扭曲。

如果普通物質(即正質量物質)從地球和恒星之間穿過,其引力會彎曲並放大恒星射向地球的星光,很像聚光鏡的行為。天文學上稱之為“引力透鏡”效應。具體來說,我們會看到這顆恒星的星光比平時亮很多。如果這個穿過地球恒星的天體是由負物質構成的呢?它也會使星光彎曲,但由於它的排斥引力,使星光彎曲的情況就大不相同了。當星光經過它時,會出現所謂的焦散現象,即星光從透鏡(負物質天體)的軸上被推出,聚焦在兩側。這意味著,當負物質天體在地球和壹顆恒星之間運動時,我們會看到這顆恒星並不是像往常壹樣是壹個亮點,而是兩次亮度的突然亮跳。這種“雙峰”亮度特征信號非常明顯,因此為探測蟲洞提供了方便之門。

索恩去研究“蟲洞”有壹個很重要的直接原因,就是因為他的朋友卡爾·薩根的求助;當時卡爾·薩根正在構思壹個科幻題材,和索恩討論蟲洞的想法。索恩很感興趣,於是研究蟲洞的可行性,推導出蟲洞模型。

Galedaoxiong認為,如果彎曲壹個宇宙不可行,並不意味著兩個平行宇宙不能通過蟲洞連接起來。如果平行宇宙確實存在,那麽多個宇宙壹定是以某種方式排列的。假設在壹杯水的表面和杯底之間有兩個平行的宇宙,我們可以通過制造壹個漩渦來使水面和杯子相通。同理,如果我們以某種方式在時空中制造出壹個漩渦,就很有可能建立起壹個通往其他平行宇宙的通道。攪動時空似乎是不可能的,但隨著人類科技的發展,總有壹天我們將能夠控制恒星,然後我們可以將恒星排列成壹個圓圈,並讓它們在圓圈上壹起旋轉,以構建壹個“時空漩渦”。