跟大牛學習製造蟲洞

2020-08-26 好奇心與狗


概念誕生

在很多科幻作品中，蟲洞的概念早已司空見慣，似乎只要蟲洞一出，時間旅行、星際旅行就分分鐘搞定。所以總有這麼一個印象，蟲洞只是科幻的一個元素而已。

但是，事實上蟲洞是正兒八經的科學理論，那這玩意自然界存在嗎？或者要什麼樣的技術才能製造出能夠穿越的蟲洞呢？

早在廣義相對論公式提出的一年後，福拉姆（Ludwig Flammable）就計算出來一個解，可以用來描述蟲洞，只不過那時候並沒有得到足夠的重視。而之後愛因斯坦和羅森也得到了這個解，這才開始廣泛討論蟲洞的意義，所以那時候蟲洞還叫做愛因斯坦-羅森橋。

蟲洞：連接空間的兩處

到20世紀50年代，惠勒提出了蟲洞（Wormhole）這個詞，形象的表達了這個概念。他把蟲洞類比於一個蘋果，蘋果的表面是螞蟻所在的宇宙，而蘋果上被蟲蛀開的洞則為螞蟻提供了一條捷徑，快速地到達蘋果的另一頭。

蘋果上的蟲洞

早期的時候，物理學家認為蟲洞是穩定存在的，但是後來惠勒和他的學生發現，蟲洞也是會誕生和死亡的。當兩個奇點相遇的時候，便會產生蟲洞，並且蟲洞周長擴大，之後再收縮、分離，蟲洞消失，又產生兩個奇點。這個過程持續的時間非常短。

按照這樣的理論，還沒來得及穿越呢，就隨著蟲洞灰飛煙滅了。


如何維持蟲洞的穩定？

那要能夠穿越蟲洞，必須讓蟲洞穩定存在足夠長的時間。怎麼才能維持呢？

從蟲洞的形狀上看，本質上就是空間的彎曲，那麼什麼能造成空間彎曲呢——答案是引力。

當年廣義相對論預言，引力將能使光線彎曲，直到1919年愛丁頓在一次日全食中觀測到了星光的彎曲，這就是著名的星光偏折實驗。也就是，星光經過太陽時，受到太陽引力的影響而發生向內彎曲。

星光偏折現象

而蟲洞的情況恰好就是光線向外彎曲——那麼，如果存在一個巨大的負能量，就可以穩定地保證這個時空向外彎曲了。通過計算，地球質量那麼多的負能量，可以撐開1cm直徑的蟲洞，太陽質量那麼多的負能量能撐開1公裡的蟲洞。

蟲洞的光線是向外彎折的


自然界存在蟲洞嗎？

惠勒在20世紀50年代還提出過一個概念，量子泡沫。就是說，在真空中，並不是真正的空，而是無時不刻都微小的的擾動使虛粒子產生和湮滅，而虛粒子的產生湮滅又帶來擾動促使更多的虛粒子產生和湮滅。這就好像一片沸騰的粒子海洋。

量子泡沫，量子漲落

這個量子泡沫大約是10-32次方釐米，那麼就能看到空間捲曲纏繞，進一步就可能有0.4%的概率找到蟲洞，他的尺度是10-33次方釐米。

量子泡沫中的蟲洞


可穿行蟲洞的兩條技術路徑

敲黑板重點來了，想要製造一個可以容許人類穿越的蟲洞並穩定存在，基普索恩提出了兩種方法。

一種方法就是在量子泡沫中尋找蟲洞並提取出來，然後往裡面塞進負能量物質，撐開它。

另一種是經典方法，是在宏觀尺度上將空間彎曲，在摺疊位置的空間曲率上鑿出兩個洞，並將它們縫合起來。這樣就形成了一個宏觀的蟲洞。


好了，大牛的蟲洞製造方法就介紹到這，當然這些還只存在於理論當中。無論是捕獲微觀蟲洞還是宏觀空間摺疊，似乎都遙不可及。

但是這一百年來人類的技術是呈爆炸式增長的，曾經很多認為不可能你的事都實現了，很多無法證實的理論也被證實了。人類拍到了黑洞的照片，記錄了黑洞碰撞事件造成的引力波……

黑洞與引力波

曾經只是科幻的登月故事也成真了，或許有一天，蟲洞也會被人類製造出來，穿越到宇宙的盡頭，手可摘星辰。


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