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  • 研究稱我們或能創(chuàng)造出真正的蟲洞,前提是宇宙要有多余的維度

    時(shí)間:2022-04-12 10:43:12 來源: 新浪科技


    在愛因斯坦的廣義相對論中,制造蟲洞的方法相當(dāng)簡單直接:只需要造出一個(gè)黑洞,再將其與一個(gè)白洞相連(白洞的性質(zhì)剛好與黑洞相反),然后你就得到了一條能夠穿越時(shí)空的隧道。

    但蟲洞最大的問題在于極度不穩(wěn)定。蟲洞一旦形成,巨大的引力就會(huì)以比光速還快的速度將其扯碎(畢竟它們是由黑洞形成的),因此無法真正實(shí)現(xiàn)宇宙“抄近道”。

    唯一已知能使蟲洞穩(wěn)定下來的方法是用某種奇異物質(zhì)制造蟲洞,比如擁有反質(zhì)量的物質(zhì)(然而這種物質(zhì)在宇宙中似乎并不存在)、或者其它違反廣義相對論能量條件的場景。這些能量條件規(guī)定,每個(gè)人無論去到哪里,經(jīng)歷的幾乎都是正能量。但要想讓蟲洞穩(wěn)定下來,旅行者必須經(jīng)過一個(gè)充滿負(fù)能量的區(qū)域。這些負(fù)能量能夠與旅行者自身質(zhì)量的正能量相抵消,在旅行者穿過蟲洞的過程中,使蟲洞維持開啟狀態(tài)。

    有時(shí),某些物理情境也會(huì)違背部分上述能量條件。但物理學(xué)家迄今為止還未發(fā)現(xiàn)過有哪種情況能夠在長時(shí)間內(nèi)違反全部能量條件,而要想造出一個(gè)蟲洞,這恰恰是不可或缺的。

    “薄膜”說

    引力是一種極其微弱的力,比其它自然力弱無數(shù)倍。這點(diǎn)一直令物理學(xué)家困惑不已,因?yàn)槿绻环N東西與宇宙中的其它事物都截然不同,其背后就往往存在某種有趣的物理學(xué)解釋。

    但引力之弱卻不存在任何物理學(xué)上的解釋。理論物理學(xué)家認(rèn)為,宇宙中也許還存在許多我們看不見的奧秘。弦理論提出,宇宙中存在許多空間維度,在亞微觀尺度上自我包裹和壓縮。受弦理論啟發(fā),有些理論提出,現(xiàn)實(shí)中除了我們通常所說的三個(gè)維度之外、也許還存在其它空間維度。

    這些理論認(rèn)為,我們所知的三個(gè)維度只是存在于一個(gè)更高維度的“體宇宙”(bulk)中的一層薄膜。多出來的這些維度不需要很大,否則我們就能發(fā)現(xiàn)來自這些維度的粒子或行星了。但這些維度也許比弦理論提出的微觀維度要大,或許能達(dá)到毫米級別。

    在這種情境下,自然界中的所有力和粒子都被限定在這層三維薄膜內(nèi),而引力則能突破這層薄膜、在體宇宙內(nèi)四處穿梭。因此,引力也許就像其它力一樣強(qiáng)大,只不過由于它存在于多個(gè)維度內(nèi)、被大大稀釋了,所以看似比三維空間內(nèi)的力要弱。

    穿過蟲洞

    由于這些“薄膜”理論是為了更好地理解引力而提出的,它們也為我們提供了探索蟲洞本質(zhì)的新契機(jī)。一支印度研究團(tuán)隊(duì)近日在一篇論文中提出,我們對蟲洞的了解主要受廣義相對論主導(dǎo),但也許這些多余維度的存在會(huì)改變廣義相對論的運(yùn)作方式,從而使蟲洞成為可能。

    在這篇論文中,研究人員考察了能否用物理學(xué)家麗莎·藍(lán)道爾和拉曼·桑壯于1999年率先提出的“薄膜宇宙模型”創(chuàng)造蟲洞。他們發(fā)現(xiàn),利用引力的薄膜模型,的確可以造出穩(wěn)定的、能夠穿行的蟲洞。更妙的是,該過程中不需要用到任何奇異物質(zhì)。

    不過該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),這種情境仍然會(huì)違反廣義相對論的能量條件,但他們提出,這只能算是一項(xiàng)“特征”、而不算是“缺陷”。相比于用某種奇異物質(zhì)(這些物質(zhì)也許根本就不存在)來打造蟲洞,“其它空間維度中存在引力”這種設(shè)想本身就是對能量條件的違背。一旦這些條件被打破,蟲洞就是自然而然的結(jié)果。

    研究人員甚至進(jìn)一步提出,如果我們能設(shè)法直接觀察到、甚至創(chuàng)造出一個(gè)蟲洞,或許就意味著宇宙中還存在其它維度。

    就像蟲洞相關(guān)的所有理論研究一樣,我們還不能得出確切結(jié)論。沒人知道藍(lán)道爾-桑壯理論、或者其它與薄膜或多余維度相關(guān)的理論是否正確,也沒人能提出能夠改變計(jì)算結(jié)果、甚至排除蟲洞存在可能性的量子引力理論。

    但這一結(jié)果依然耐人尋味。就像其它眾多理論一樣,它同樣致力于豐富我們對引力的了解、探索廣義相對論的極限。蟲洞也許存在、也許不存在,但無論如何,為弄懂它們所做的這些努力必將增強(qiáng)我們對宇宙的認(rèn)知。


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