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恒星这个“小动作” 或能揭示虫洞的存在

滨海高新:www.022china.com  时间: 2019-11-05 11:49:27

    穿越时空,是许多人的梦想。它存在于许多科幻作品?#23567;?#29616;实中是否真的有办法让人在极短时间内穿越极远的距离?

  著名科学家兼?#30772;?#20316;家卡尔·萨根曾向诺贝尔物理学奖得主基普·索恩提出过这个问题。索恩告诉萨根,最好的办法是穿?#25581;?#20010;虫洞(wormhole)。

  近日,一项最新研究表明,恒星的一些特殊“小动作”可能会揭示出虫洞的存在。研?#31354;?#31216;,如果虫洞?#22870;?#21508;有两颗恒星,那么一侧的恒星引力会对另一侧的恒星产生影响。因此,我们可以通过寻找恒星细微但特殊的运动来寻找虫洞。

  这项由中国扬州大学教授戴德昌和美国凯斯西储大学教授德扬·斯托伊科维奇领导的研究,其结果日前发表于《物理评论D》杂志。

  科幻故事中的虫洞真的存在吗?新的方法如何寻找虫洞?如果虫洞真的存在,我们在穿越虫洞时需要克服哪些困难?

  时空的通道是宇宙捷径

  1935年,爱因斯坦和物理学家内森·罗森依据广义相?#26376;?#39044;?#26434;?#23449;中存在一种特殊的“通道?#20445;?#21363;“爱因斯坦-罗森桥”或“虫洞”。虫洞连接着两个不同时空中的点,我们可以通过穿越虫洞的方式减少宇宙旅行的时间和距离。

  也就是说,虫洞是宇宙中的捷径。想象一下,在一张平铺的纸上,一只蚂蚁要从A点走到B点,“旅?#23567;?#36335;途即纸面上A点与B点之间的直线距离。如果纸张弯曲,那么A点和B点之间的空间距离就变得更近,直到两点重叠。此时,蚂蚁再从A点走到B点,“距离?#26412;?#22823;为缩短,进而避免了漫长的星?#20107;瞇小?

  中国科学院国家天文台研究员苟利军说,从地球出发,到织女星,如果仅仅限定在我们这个宇宙维度当中,最短的距离也需要25光年,但在高维空间可能只是几米。“虫洞相当于高维空间的一个通道,给我们提供了一个便捷的方式,?#26790;?#20204;能够进行星?#20107;瞇小!?#22522;普·索恩此前?#25176;?#36807;一个利用虫洞进行星?#20107;?#34892;的剧本,后来被导演斯托弗·诺兰搬上荧幕,打造了著名的好莱坞大片《星际穿越》。

  虽然爱因斯坦的广义相?#26376;?#20174;数学上预测了虫洞的存在,但迄今为?#22815;?#27809;有人发现它。美国俄勒冈大学理论物理学教授史蒂芬·许表示?#39608;?#21040;目前为止,关于虫洞的整个事情还是一种假设,没有人认为我们很快就会发现虫洞。”

  银心黑洞可能是藏身之所

  在广义相?#26376;?#20013;,虫洞与黑洞有关。

  在黑洞中,物质坍缩成了一个点,称为奇点。物质一旦进入黑洞,就会被永远困住。虫洞在外部有着与黑洞同样的结构,但它的中心并非是奇点。

  虽然黑洞和虫洞外部结构相同,但虫洞的另一端可以存在物质,而黑洞则不?#23567;?#31185;学家推测,围绕虫洞运行的恒星轨道,可能与围绕黑洞运行的恒星轨道略有不同。具体而言,如果引力场可以通过虫洞传播,那么恒星的轨道将受到影响,并偏离标准的史瓦西轨道。

  研究人员建议在银河?#23548;?#39564;这一想法。他们认为寻找这些时光隧道的最佳地点是超大质量黑洞附近,例如银心的人马座A*。因为虫洞需要极大的时空扭曲,而时空扭曲又取决于非常强大的引力。

  据报道,有研究人员一直在观测人马座A*附近的一颗名为S0-2的恒星。如果虫洞确实存在于人马座A*附近,S0-2就会受到虫洞另一边的恒星引力的影响,那么随着时间的推移,S0-2会轻微偏离预期的轨道。

  戴德昌和德扬·斯托伊科维奇领导的研究团队发现,虫洞入口与普通黑洞存在区别,而且这些差异可以通过远距离观测发现,不需要飞临或钻入黑洞。

  两位研?#31354;?#20174;考察虫洞口附近时空区域守恒律出发,?#30452;?#35745;算?#35828;?#33655;、引力和标量场。检查这三者是否可以穿过虫洞,并影响虫洞另外一侧的时空。计算结果显示,标量场的影响无法穿过虫洞,但电荷和引力的影响都可以透过虫洞,在另外一侧时空中留下痕迹。

  德扬·斯托伊科维奇说?#39608;?#22914;果我们检测到S0-2轨道上的扰动,最有可能的解释是其附近存在虫洞。但我们不能肯定地说这一定是虫洞造成的。因为其他因素也有可能扰乱这颗恒星的运动。”

  脆弱的虫洞难?#36125;?#20219;

  想要穿越虫洞并非轻而易举,一方面,虫洞存在与否这一问题本身没有得到解决,我们不知道虫洞是否存在,又在何处。另一方面,即便找到了虫洞,在穿越虫洞时还要面临许多未知的挑战。

  最大的问题就是虫洞的稳定性难以保证。有人说,虫洞对于星?#20107;?#34892;或许毫无?#20040;Γ?#22240;为它们会很快崩溃。史蒂芬·许说,稳定虫洞需要某种非常特殊的物质,但目前尚不清楚这种物质是否存在于宇宙?#23567;?

  根据基普·索恩的设想,具?#23567;?#36127;能量密度”的奇异物可以作为保持虫洞?#20013;?#24320;放的物质条件,由此虫洞将被改造成违背因果律的时间机器,用于星际航?#23567;?#20294;美国国家航空航天局的埃里克·克里斯蒂安博?#20811;擔骸?#30446;前没有任何方法来产生这些巨大的负能量。我们对如何创建或维持虫洞无能为力。”

  除此之外,穿越者还要面临高辐射以及异物接触的风险。

  “使用可穿越的虫洞进入未来或回到过去,这并非易事,因为将虫洞转变成时间机器需要付出很大的努力,要摆脱虫洞也异常艰难。”天体物理学家埃里克·戴维斯说。

  苟利军表示,我们通常认为的虫洞很有可能自然存在于黑洞中心,而我们又到不了这个中心。即使黑洞的中心可能产生所谓的虫洞,还有一个非常大的问题,就是虫洞的时标只有10-43秒,尺度大约只有10-35米,“如何让虫洞达到非常大的尺度,让飞船能够进入,还要支撑足够长的时间,让飞船有足够多的时间穿过,这都是需要解决的问题。”

  德扬·斯托伊科维奇说?#39608;?#21363;使虫洞可穿越,人与飞船也很可能无法通过。我们需要负能量来保持虫洞的?#20013;?#24320;放,但目前的我们什么也做不了。总之,要创建一个稳定的、巨大的虫洞,需要一些未知的”魔术’。”

  广义相?#26376;?#20284;乎确实允许时空经过某些路径,给出了时空旅行的可能,但是这些路径超出了人类已有的测试能力。至少目前来看,还没有已知的时空旅行方式,虫洞也只能是我们翘首以盼的未来。

  相关链接

  制造一个虫洞

  神秘的虫洞藏着许多谜题,然而就连虫洞是否真实存在,我们都没有任何证据去证明。不过日前国外?#25945;?#21002;文指出,我们也许有办法打造一个近乎稳定的虫洞。

  从理论上来看,创造虫洞的方法相当简单:根据爱因斯坦的广义相?#26376;郟?#36136;量和能量可以使时空发生扭曲。只要能准确把握质量和能量的值,就可以在宇宙的不同部?#31181;?#38388;形成一条隧道、一个虫洞。科学家列举了制造这个虫洞所需要的“工具?#20445;?#19968;个带电荷的黑洞和宇宙弦。携带电荷的黑洞会使其奇点拉长和扭曲,因而与另一个带相反电荷的黑洞相连——我们就得到了一个虫洞。只是,这个虫洞仍不稳定,所以我们需要一根张力极大的宇宙弦来穿过虫洞两端,保持虫洞两端的?#20013;?#24320;放;同时还需要另一根宇宙弦穿过虫洞,然后往回绕形成环形,来抚平这个虫洞的震颤。如此,一个稳定的虫洞“制造”成功。只是这个方法只存在于理论中,制造虫洞所需要的“工具?#20445;?#20063;同虫洞一样神秘,我们从没有发现过。

来源:科技日报 责任编辑:小兮
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