科學(xué)研究：新的研究正在提出尋找蟲洞的方法

圖片來源：Pixabay
阿爾伯特.愛因斯坦的廣義相對論深刻改變了我們對物理基本概念（比如時間和空間）的認(rèn)知。但它同樣也給我們留下了諸多深刻的謎團(tuán)。其中一個是黑洞，這也是我們在過去幾年中唯一明確探測到的謎團(tuán)。另一個便是“蟲洞”——連接時空中不同點的橋梁，理論上能為太空旅行者提供捷徑。
目前蟲洞仍停留在想象階段。但有些科學(xué)家認(rèn)為，在不久的將來我們也能找到蟲洞。在過去的幾個月間，幾項新的研究已經(jīng)提出了一些向前推進(jìn)的有趣方法。
黑洞和蟲洞是愛因斯坦方程的特殊解，在時空結(jié)構(gòu)被引力強(qiáng)烈彎曲時出現(xiàn)。例如，當(dāng)物質(zhì)的質(zhì)量極大時，時空構(gòu)造可能會變得十分扭曲以至于連光都無法從中逃脫。這就是黑洞。
由于這一理論允許時空結(jié)構(gòu)被拉伸或者彎曲，我們可以想象所有可能的結(jié)構(gòu)形式。1935年，愛因斯坦和物理學(xué)家Nathan Rosen描述了兩片時空是如何能連結(jié)在一起并創(chuàng)造兩個宇宙間橋梁的。這就是蟲洞的一種——由此也能夠想象出很多其他類型的蟲洞。
有些蟲洞也許是可通行的，也就是說，人類或許能從他們中穿過。然而，這些蟲洞必須足夠大，而且由于引力作用傾向于關(guān)閉蟲洞，這些蟲洞還要能在引力存在的情況下保持開放狀態(tài)。以這種方式將時空向外推會耗費數(shù)量龐大的“負(fù)能量”。
聽起來像是科幻小說中的情節(jié)？我們知道，負(fù)能量是切實存在的，科學(xué)家們已經(jīng)在實驗室中制造出了少量負(fù)能量。我們還知道，負(fù)能量是宇宙加速膨脹的原因。因此大自然可能掌握了某種創(chuàng)造蟲洞的方法。


我們才僅僅能看到黑洞而已。圖片來源：Event Horizon Telescope/wikipedia, CC BY-SA
我們該如何證明蟲洞存在呢？在一篇發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》的新論文中，俄羅斯天文學(xué)家表示，蟲洞或許存在于某些非常明亮的星系中心，同時還提出了一些找到蟲洞的觀測方法。該研究基于從蟲洞一側(cè)飛出的物質(zhì)與落入蟲洞的物質(zhì)相撞的可能后果。計算顯示，此類碰撞將產(chǎn)生大量伽馬射線，而我們可以嘗試?yán)猛h(yuǎn)鏡觀測這些射線。
該輻射可能會成為區(qū)分蟲洞和黑洞的關(guān)鍵，而在此之前，人們認(rèn)為從外側(cè)無法對二者進(jìn)行區(qū)分。黑洞將會產(chǎn)生更少的伽馬射線，并以噴射的方式釋放出來，而由蟲洞產(chǎn)生的輻射將會被限制在一個巨大的球形中。盡管此項研究中考慮的這類蟲洞是可以穿越的，但穿越它并不會是一次愉悅的旅行。因為我們需要到達(dá)距離活躍星系的中心很近的地方，在這里，高溫將把一切烤得焦脆。不過并不是所有蟲洞皆如此，像那些距離星系中心更遠(yuǎn)的蟲洞便不存在這一問題。
星系中心可能存在蟲洞的假設(shè)并不新奇。以超級黑洞為例，它就位于銀河系的中心。經(jīng)過對黑洞附近恒星軌道長年累月的追蹤，科學(xué)家們才取得了這一重大成就，并于 2020年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。不過，最近的一篇論文表示，引力拉扯或許不由黑洞產(chǎn)生，而是由蟲洞產(chǎn)生的。
與黑洞不同，蟲洞也許會“泄露”一部分位于它另一側(cè)的物體的引力。這一略顯靈異的引力作用將會對星系中心的恒星運動施加一個小的作用力。根據(jù)這項研究，在不久的將來，當(dāng)測量設(shè)備的靈敏度再提高一些時，我們應(yīng)該能夠通過觀測對這一特定的效應(yīng)進(jìn)行測量。
巧合的是，另一項最近的研究報告指出，他們在星空中發(fā)現(xiàn)了“奇怪的無線電圈”。這些電圈非常奇特，因為他們龐大卻又不與任何可視物體相結(jié)合。目前，沒有任何傳統(tǒng)理論能夠?qū)Υ俗龀鼋忉專虼?，蟲洞或許被列為可能的原因之一。


圖片來源：Pixabay
蟲洞牢牢抓住了我們的好奇心。某種程度上，蟲洞是喜聞樂見的逃避現(xiàn)實的方式。由于黑洞會捕捉任何冒險進(jìn)入它的物質(zhì)，人們對黑洞心存些許畏懼；而蟲洞與黑洞不同，它或許能使我們以遠(yuǎn)超光速的速度穿越到遠(yuǎn)方。甚至可能就像斯蒂芬.霍金在他最后一本書中暗示的一樣，他們其實就是時光機(jī)本機(jī)，能讓我們回到過去。
在統(tǒng)治著原子和粒子世界的量子物理中，蟲洞還會突然出現(xiàn)。根據(jù)量子力學(xué)，粒子能夠在空無一物的空間中突然出現(xiàn)，在片刻后還能突然消失。無數(shù)的實驗都已觀察到了這一現(xiàn)象。如果粒子能被突然制造出來，為什么蟲洞不能呢？物理學(xué)家們相信蟲洞或許形成于早期宇宙，從一堆突然出現(xiàn)又會突然消失的量子泡沫中誕生。這些“原始蟲洞”中的一部分或許留存至今。
最近關(guān)于“量子隱形傳態(tài)”的實驗——一個量子信息在兩個位置之間 “脫離實體”的轉(zhuǎn)換——已初見成效，實驗原理竟與通過蟲洞連接的兩個黑洞驚人地相似。這些實驗似能夠解決“量子信息悖論”，該悖論認(rèn)為物理信息可能在黑洞中永久消失。但實驗同樣揭示了量子物理中臭名昭著的不相容理論與引力間的深刻聯(lián)系。而這種蟲洞與二者之間的關(guān)聯(lián)或許有助于“萬物理論”的構(gòu)建。
蟲洞在上述迷人構(gòu)想的發(fā)展中起到的作用不容忽視。我們也許尚未見過蟲洞，但他們可能切實存在。他們甚至可能會幫助我們理解某些最深刻的宇宙之謎，比如我們所在的宇宙是否唯一的問題。
翻譯：耿淑娟
審校：張和持
引進(jìn)來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2021-01-wormholes-lurking-universeand-ways.html


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