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虫洞到底为何物?怎样时空穿梭

历史趣事 2017-4-22 14:54:32 

在热门韩剧《来自星星的你》的大结局中,都教授并没有彻底回到母星,而是通过(wormhole)间断性地停留在地球上,继续与千颂伊生活在一起。其实,的概念早已成为小说故事情节需要跨越大尺度空间的标配。

虫洞到底为何物?怎样时空穿梭

通俗来说,虫洞是一个想象中的可以通过穿过很短的距离,从而跨越长距离的超空间隧道。如上图所示,即便我们以光速飞行抵达比邻星,也需要4.2年的时间。假如有一个空间隧道能够“直达”比邻星的话,可能只需非常短的时间,相当于走了捷径。虫洞最初的概念是由着名美国物理学家惠勒提出的,真正定量计算这个设想的是惠勒的学生索恩。

1985年,美国着名天文学家卡尔·萨根写了一部科幻小说, 叫做《接触》 (Contact)。他最初的设想是利用让主人翁进行大尺度时空旅行,萨根请加州理工大学的索恩教授为自己的设想做一下技术评估。索恩经过思考及粗略的计算,很快告诉萨根是无法作为星际旅行的工具的,他建议萨根使用虫洞这个概念。这是虫洞这一名词第一次进入科幻小说中。在那之后,各种科幻小说、电影、及电视连续剧相继采用了这一名词,虫洞逐渐成为了科幻故事中的标准术语。

虫洞到底为何物?怎样时空穿梭

但索恩详细计算了虫洞的性质后发现,假如宇宙中存在一个虫洞,那么维持虫洞存在的需要具有负能量的奇异物质。利用奇异物质维持的虫洞,产生的张力非常可怕(虫洞越大,张力越小,但需要更多的奇异物质),半径为一光年的虫洞的张力相当于每平方米上压上500万吨的重物,这足以破坏任何由原子组成的物质,任何试图穿越虫洞的飞船和人都会被撕成原子碎片。所以,人若想活着穿越虫洞,维持虫洞的奇异物质的质量必须非常大才行。而构筑一个能让人平安穿越的真正意义上的虫洞所需奇异物质的数量甚至比整个银河系的质量还大得多,别说是奇异物质,就算是普通物质也实在是惊世骇俗的。况且,这种奇异物并没有证据证明能独立存在。
 

熟悉物理的读者可能会联想到“卡西米”效应中的负能量,但是那种能量的存在离不开以特殊方式配置起来的环境条件,由普通物质构成的环境条件会对奇异物质产生重大干扰,甚至彻底地抵消和淹没之。因此,即便在纯理论层面,虫洞也还是没希望存在的。或许对于宇宙中那些无限发达的文明来说,才能够制造虫洞吧!如果真的如此,那为什么没有高级文明通过虫洞来与我们接触呢?这是一个开放问题,也就是着名的“费米悖论”。

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