長圖文預警丨小豹的正經科普，穿越時空的隧道存在嗎？

2020-09-03 小豹吃瓜

[1] 素材來源：搜狐新聞，夜更


小豹看了這麼多科幻電影，最最最想要獲得的超能力就是穿越時空啦~自己沒有超能力，有個哆啦A夢一樣的抽屜也好呀~（但是以現在的科學發展這個夢應該還要再做長一些。。。）


今天小豹就帶大家來了解一下和「穿越時空」相關的「黑洞」、「白洞」和「蟲洞」。


黑洞、白洞、蟲洞


也許你沒聽過「白洞」的大名，但你一定聽過「黑洞」。

第一張黑洞圖片


黑洞是宇宙中的「吞噬者」，任何物質，甚至光線，一旦進入黑洞的「勢力範圍」，就再也無法逃逸。


如果說黑洞是只進不出，白洞則恰恰相反，只出不進。白洞一刻不停地高速向外噴射星際物質和宇宙能量，包括基本粒子。但由於白洞的斥力無窮大，任何物質和光線都無法進入其視界之內。


科學家們假想，在黑洞和白洞之間，由叫做「蟲洞」的時空開孔相連接。

蟲洞示意圖


想像一張展開拉直的床單，在中間放置一個大保齡球。在重力的作用下，床單中間會塌陷下去。現在保齡球被擠壓，讓同樣質量的物質被擠壓進一個越來越小的空間，隨著體積變小，保齡球的密度將變得越來越大。


這將會將床單中央壓得越來越低，直到保齡球被擠壓成一個針頭的大小。


在這時，球的密度和引力場的作用力變得如此之大，使得它在床單的中央刺穿了一個小洞。


在黑洞中心生成蟲洞的過程，就與之類似。


床單類似於廣袤的宇宙時空它並不是一個平坦的空間，而是會因為一些幹擾變得扭曲。壓縮成針頭大小的保齡球代表質量極大而體積無窮小的黑洞，它吸收周圍一切物質和輻射的天體，甚至連光也無法從中逃逸這是一個產生強烈引力場的幹擾源。


而床單中央的小洞則是時空扭曲造成的開孔，被科學家們稱作「蟲洞」，也就是傳說中的時光通道。

蟲洞與「時空穿越」通道示意圖


蟲洞另一邊是什麼？


愛因斯坦是個宇宙對稱性的堅持者，在他看來，既然有黑洞，那麼一定存在一個與之相對稱的白洞。


愛因斯坦在蟲洞的另一側設想了一個「平行宇宙」，在那裡存在著黑洞的對立天體，一個緻密物質構成的噴射源，也就是白洞。


在這個時候，白洞還僅僅是在理論上作為黑洞的一個鏡像存在。而在1971年，一位美國國家無線電天文臺的名叫Robert Hjellming的天體物理學家在《自然》雜誌上發表了一篇論文，提出物質實際上能掉入黑洞中，然後重新出現在宇宙中的其它地方，甚至出現在另一個完全不同的宇宙恰恰就是通過白洞完成這一移動。

白洞示意圖


白洞在哪裡？


和黑洞相比，白洞受到學界的重視程度要小得多。


這很大程度是由於，在白洞理論提出後的幾十年間，科學家們沒有發現任何可觀測的或者間接證明白洞存在的證據。很多人不禁發出質疑，如果白洞存在，那麼它們在哪裡？


2006年6月14日，美國國家航天局（NASA）的雨燕（SWIFT）探測衛星觀測到了一次異常的伽馬射線暴。所謂「伽馬射線暴」，是指出現在外層空間的一種短暫高能爆發現象，是宇宙中最強力的爆炸之一。通常伽馬射線暴持續的時間相當短，在1秒以內。大於2秒的被稱為「長伽馬射線暴」，基本上持續時間很少達到1分鐘以上。


而這天出現的伽馬射線暴持續時間長達102秒！


通常情況下，較長時間的爆發源於超新星爆炸，但是這次爆發中，科學家們沒能探測到任何超新星爆發的痕跡。


經過五年的研究，美國國家航天局的科學家們最近提出，此次伽馬射線暴的猛烈程度和持續時間可以用一個短暫存在的白洞加以解釋。當時，這個白洞噴射出一些物質而後迅速塌陷，導致此次大規模爆發出現。


因而，這可能成為人類發現的首個白洞。


然而，報導同時聲明，這只是一種可能的解釋，中間提出的一些條件並不能讓大多數天文學家感到信服。


至少這讓我們看到了一些曙光，在黑洞理論提出的最初幾十年間，我們未能發現它的蛛絲馬跡。科學家們正期待下一次怪異爆發的出現，以取得更多的觀測數據。


時間旅行的可能性


雖然白洞理論聽上去有些像天方夜譚，但物理學界一直就時間旅行的可能性進行相當嚴肅的研究。


1905年，愛因斯坦在他的相對論理論中指出，時間並不是絕對的！


根據物體質量和速度的不同，其存在的時間和空間也會發生變化。而在宇宙時空並非是平坦的，由於各種天體引力場的影響，在宇宙的不同位置，時間的「流速」也不一樣。


比如說，由於黑洞的強大引力場，在它附近的時間會發生顯著的減緩，而在黑洞的內部，科學家們認為那是一個「時間的囚籠」，在那裡時間是停滯的。


那麼，讓我們假設，一個太空人在太空旅行時從黑洞的附近經過，在這過程中時間會變得非常慢。因而，當他再回到地球時，可能發現，地球上已經過了千年之久。


問題是，黑洞不允許任何物質逃脫！


太空人在接近黑洞時，即使沒有被巨大的引力場拉扯成無數分散的粒子，也會被永遠地囚禁在黑洞之內即使因為時間停滯可以壽與天齊，他也高興不起來吧。


讓人振奮的是，白洞以及連接黑白兩洞的蟲洞為我們提供了時空旅行的可能性。白洞的存在意味著被吸入黑洞的物質仍有「生還」的可能性，如果他們能夠順利通過蟲洞，就有可能被從白洞中噴射出來，實現時空的跳躍。


有科學家認為，白洞於宇宙大爆炸的初期就已經存在。如果這是真的，那麼我們可以推想，一個現在的黑洞可能通過某種我們目前未知的機制，連接到一個過去的白洞。這意味著，也許科學家們有朝一日能夠回到宇宙誕生的之初，探索開天闢地的奧秘！


美國紐約城市大學物理學家、《自由空間》和《平行世界》兩本書的作者米奇奧‧卡庫說，「蟲洞連接著將來，也連接著過去。但我們別太樂觀了，因為供應時間機器的燃料絕不是人類目前的技術所能達到的」。卡庫說，在時空這個物體上「鑽孔」，需要一顆星星那麼大的能量，或者相反，需要來自比「無」還要少的其它星體上的「負能量」。


所以，儘管我們很有可能發現了白洞，也許反方向的鐘還沒那麼快能成為現實。然而，白洞和早期宇宙噴發之間的種種關聯以及時間旅行的誘人可能，讓我們不禁猜想。


宇宙的終極密碼，是否就隱匿在白洞之中。


或許終有一日，科學家們會取得穿越大門的鑰匙，時光機器也將和人類登月、海底潛水艇一樣，從科幻小說中走入現實

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