基普•索恩:蟲洞不會自然存在,只能由高級文明創造出來

2021-01-15 環球科學


2018年11月4日,騰訊WE大會在北京舉行,包括基普·索恩、麗莎·蘭道爾、蒲慕明在內的著名科學家以精彩的演講,為現場觀眾介紹了物理學、生命科學、人工智慧等領域的重要進展。


著名理論物理學家基普·索恩在演講中分享了他對黑洞、蟲洞、時間旅行以及引力波的最新研究與思考,他在演講中給出了三個重要觀點:

1、蟲洞不會自然存在,可以由高級文明創造出來

2、越靠近黑洞,時間流逝越慢。在事件視界的邊緣,時間是停滯的。

3、在理論上,時間旅行是可能實現的,但時間機器啟動後就會發生爆炸


以下為基普·索恩所做演講的全文,略有修改。

本刊記者丨李曉慧


1915年愛因斯坦提出了廣義相對論,這實際上是一種物理學的定律,他告訴我們時空會被質量和能量彎曲。時空的彎曲會產生引力,也就是我們在地球上能夠感知的引力。


50年之後,我到了普林斯頓大學讀博士,作為一個博士生,我被告知我們的世界、宇宙有可能有彎曲的一面。我們在時空當中有一系列不同的物體、事物,我會給大家介紹其中的一些,比如說體宇宙、蟲洞、黑洞、奇點、時光旅行、引力波。


作為一個年輕學生,我給自己設定了一個人生目標:要用理論和觀察探尋彎曲的世界。在今天的演講中,我將給大家介紹,在過去的50多年當中,我們用這種方法了解到了什麼。



在過去的56年裡,包括我自己、霍金、Lisa Randall以及其他很多的同事們,都在共同探尋。


1962年,當時我們認為,這樣的體宇宙並不存在,到了1999年,Lisa Randall告訴我們,這樣的體宇宙有可能存在。


如果我們看宇宙,一邊是太陽系,另外一邊是仙女座。如果我們要穿越體宇宙的話,我們把它折起來,會看到距離僅有幾公裡。


從這樣的蟲洞當中,光線是可以穿越的,這樣的圖形也能夠讓我們計算,蟲洞的另外一邊是什麼樣子。


我們不斷地把蟲洞打開,我們可以讓土星的光線穿越、彎曲,我們就走到了仙女座,我們又用蟲洞回去,這麼長的距離,只要幾分鐘就可以過去。


我們再看一下蟲洞,蟲洞往往會自毀,會自己崩塌,我們怎麼樣才能夠避免這一點呢?我們就要用特殊材料去把它填充起來,它是一種反引力的效應,它能夠修復蟲洞的側壁。而且可以說,蟲洞並不會在宇宙當中自然產生,需要有高級文明有意識的去創造和維持,再填充特殊材料,蟲洞才能存在。


但有一個例外,儘管我們說蟲洞是人為的,但是在非常小的尺度上比如說10-33釐米,在這個微觀尺度上,一種新的物理學理論量子引力學,能夠指導我們了解。這一點我後面還會多次提到,雖然我們對此並不是了解的那麼清楚。


與此相對照的是黑洞,跟蟲洞不一樣,黑洞是在宇宙當中切實存在的,黑洞就像失敗了的蟲洞一樣,它是從奇點這邊延伸出來,我們也想去了解一下到底黑洞是什麼樣子。在我們的宇宙當中,可以想像,在左上方有一個恆星,在右下方有一個攝像機,光從恆星射到右邊的透鏡當中,我們可以看到兩邊都有它的路徑。



另外,還有一個光線是穿過這個世界之後再進入到攝像機,那攝像機就能看到恆星不同的面貌,如果說有幾百萬個恆星的話就能看到幾百萬。




我再回到愛因斯坦關於時間彎曲的定律,地球的質量會扭曲時間,而這個時間的彎曲會產生引力,有這樣的引力才讓大家安坐在禮堂的座椅之上。


我們能夠感到,引力是很小的,它使得地球上的時間每100年才放慢一秒。第一次高精度偵測是在1976年,當時NASA放了一個距離地球一萬公裡遠的衛星,用它的原子鐘進行時間的計算,再與地面上測算的時間進行對比,它的準確性能夠幫我們預測愛因斯坦的時間彎曲定律。


越是臨近黑洞,引力越強,時間越慢。大家可以看到,這是黑洞的視界。假設有這樣一個飛船停在這邊,在這樣的飛船上,它測的時間就會比地球上要慢一半,如果它繼續往下走,接近視界,那麼最後時間會慢到停止(跟地球相比)。



在黑洞之內,時間比停止還要慢,時間會倒流,一直會降到黑洞的中心,也就是奇點,在這個地方廣義相對論會失敗,會由量子引力學來替代,而這個現在我們還不太理解,雖然我們很想理解。



說到底物理學告訴了我們,時間穿越回過去會是怎麼樣的。


量子物理學告訴我們,你的旅行會導致一個時間機器的啟動,但是這個時間機器在啟動之後,一會兒向前,一會兒向後,有可能會因巨大的爆炸而毀滅。


這個爆炸就是因為光線當中的真空不穩定所導致的爆炸。只有量子引力學才能夠準確的告訴我們,實際上是怎麼樣的,這是霍金和我在90年代初的時候,我們一起來做的課題。



我們再回到引力波,就愛因斯坦來看,它使得空間彎曲,以光速旅行。我們有這樣的一個例子,它在宇宙當中自由運動,當引力波過來的時候會使得空間伸或者縮,這個時候我們就可以看到所謂伸縮的效應,它可能一個方向拉,另外一個方向壓,都有可能。



這就是愛因斯坦對於引力波的理解,在1972年的時候,我開始跟我的同事和學生一起創立了一個理論,我們能夠偵測引力波,我們可以想像到引力波對於天文學的意義,我們可以對比電磁波和引力波,過去我們所使用的觀測手段都是電磁波,而現在我們可以去用引力波觀測宇宙


引力波是質量和能量的牽連運動的均勻釋放,其中涉及到了大量的質量和能量,而電磁波是容易被灰塵或者其它的物質吸收或者分散。引力波即使臨近了宇宙大爆炸,在非常熱、密度非常大的地方也不會被大幅度的吸收或者是分散。


這就告訴我們,引力波和電磁波有很大不同。


第一,引力波由於它是由彎曲的空間所形成的,它是一種去探索彎曲宇宙的理想工具。第二,它很有可能會引發我們對於宇宙理解的革命,在1972年,我的同事們和我一起提出了這樣的一個設想,之後麻省理工的教授們,他們發明了雷射幹涉引力波的觀測手段。


假如,我們有兩組不同的雷射各自觀測,它會告訴我們引力波有一些什麼樣的作用,這個是Weiss提出的,我們後來又想去用雷射器來進行測量。當我有了這個想法的時候,我非常激動,一旦我搞明白了,並且深刻理解了這個思想,以及它成功的可能性,我們就和麻省理工的團隊一起去建設引力波的觀測工具。


現在,在引力波的探測工作中,有20個國家、1200名科學家一起來參與,包括中國。


2015年9月14日,LIGO第一次偵測到了引力波,引力波終於降臨了地球,他們從地球上空穿過,作用到了我們偵測器所在的路易斯安那,另外也作用到了華盛頓的觀測站,這兩邊我們比較了引力波所導致的振動,然後再用計算機進行模擬,我們認為來源是兩個黑洞,它們都要遠重於太陽,它們在13億年以前相互碰撞,在非常遙遠的星系。



它們的碰撞融合釋放了大量的引力波,當碰撞發生的時候,它就像是一個巨大的風暴,就像在海裡的風暴一樣,出現了振蕩,引力波就飛散出去了。我們可以看到,在今後的十年,還會由它來偵測到更多的碰撞。


我們在義大利也曾經觀測到了中子星的碰撞,每一個中子星大概直徑20公裡,大概100倍於太陽的質量,他們碰撞時會產生巨大的火球。其中會形成電磁波,世界天文學家都會去看中子星碰撞的後果,當然引力波在傳播的時候會有幾小時的時差。


那麼LIGO還能看到什麼呢?我們可能會看到黑洞撕裂中子星,我們也能夠探索宇宙的誕生。


宇宙大爆炸在引力波當中所產生的東西,都是由量子物理學來控制的。在爆炸發生後,會有巨大的膨脹,這種膨脹是一種非常快速的宇宙膨脹,尤其是在宇宙形成的早期是這樣的。我們可以看到,會有原初引力波,我們會從中了解到大爆炸以及量子引力學的一些知識。我們也可以知道宇宙膨脹的情況。


400年前伽利略製造了第一個天文望遠鏡,他能夠找到木星的四個衛星。在三年之前,LIGO第一次觀測到了黑洞碰撞所形成的引力波,如果我們再追溯100年,我們可以看到電磁波帶給我們多少變化。


我想有請大家也跟我們一起推測一下今後的400年,我們將電磁波觀測和引力波觀測結合起來,我們還會有更多更大的發現,大家可以盡情想像!


騰訊WE大會是騰訊一年一度的全球科學大會,始於2013年,今年,除了有天文、物理、生命科學領域的全球頂級科學家帶來演講,還首次推出了「自然科研全球影響力大獎」,該獎項由騰訊與自然科研(Nature Research)共同創立,它將關注青年,激勵新生代科學家做出突破;關注前沿,尤其是充滿未知與挑戰性的學科;關注未來,鼓勵以科技進步造福社會,解決全球性難題。


2019年,該獎項將重點關注「腦科學」,特別是顛覆性地改變人們對大腦的認識、並將此轉化為現實影響力的科研成果,包括大腦與行為的關係、技術突破、預防和治療大腦疾病的新穎技術等。



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  • 蟲洞是高級文明創造的,是用來穿越宇宙的交通工具
    我們對於宇宙的好奇一直都存在,關於黑洞、關於蟲洞、關於星系等等這些宇宙中的神秘的未知的天體。不過,由於目前人類水平的限制,對於宇宙中天體的了解僅是冰山一角。就在前天的騰訊we大會上,多名科學家發表了各領域研究成果的精彩演講,其中就包括了蟲洞的探索。他說:在過去的幾十年裡,與霍金、Lisa Randall以及其他同事共同探尋了體宇宙的存在。在剛開始否認了體宇宙的存在,後來又認為體宇宙是存在的。
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  • 科學家們通過使用大型強子對撞機,真的可能創造蟲洞嗎?
    蟲洞的概念在1935年由物理學家阿爾伯特·愛因斯坦和內森·羅森提出。利用廣義相對論,他們提出時空橋梁可能存在,創造了縮短時空兩點之間時間和距離的捷徑。這些連接點可能不是同一星系中的空間區域——它們可能在不同的宇宙中。
  • 關於蟲洞和時間旅行……
    如果具備了高度文明的工程資源,我們就可以設想以某種方式抓住蟲洞的一個洞口,並且讓其開始這樣的旅行。當然,要抓住蟲洞洞口這樣飄忽不定的東西並非易事,但是有兩種方式可以實現。首先,這種蟲洞洞口的重要特徵之一就是具有很大的質量並且具有相對很強大的引力場--這是必須要有的,這樣才能充分扭曲時空,製造出一個進入蟲洞的開口,這個開口必須足夠大才能讓人和宇宙飛船通過。
  • 宇宙大爆炸是假說,那我假說奇點是由高級文明創造出來的可以嗎?
    而問題中的後半部分,就可以科幻甚至是玄幻的去看了,因為是沒有辦法證明的,說奇點是高級生物製造的非常像「烏龜塔宇宙模型」,一個宇宙承載著一個宇宙,每個宇宙中都有無數的文明。仿佛就像是一個無限的模型,我們的宇宙由高級生物製造,高級生物的宇宙由更高級生物製造,但有一個問題永遠躲避不過去那就是總歸要有一個起點。
  • 人類想和外星文明談戀愛,但是卻對它們一無所知,這需要科學理論
    這個結論下的太早,由於我們的觀測設備還不是很先進,有的時候還真的看不到,所以科學家們會使用一些理論來思考銀河系中的高級文明。那麼銀河系之內,或者說宇宙之中究竟有沒有外星文明呢?如果有,外星高級文明又會是什麼樣子呢?接下來,我們將繼續探索。
  • 【理論前沿】一分鐘告訴你什麼是蟲洞!
  • 在未來,人類能夠掌握這三項黑科技,就有可能成為高級文明
    曾經有科學家將宇宙文明的實力劃分為四個等級,按照這個文明等級的劃分標準,人類目前的實力最多只能算是0.7級,連最低的一級文明都算不上。而從宇宙文明的實力劃分來看,只有成為二級以上的文明或許才能夠稱之為高級文明。
  • 蟲洞真的可以瞬間跨光年嗎?瞬移是可以做到的嗎?
    蟲洞真的可以瞬間跨光年嗎?瞬移是可以做到的嗎?在廣義相對論發表不久之後,1935年愛因斯坦就在理論上發現了「蟲洞」——也就是兩個相連的「黑洞」所構成的時空結構中的豁口的存在,即一條貫穿空間和時間的隧道。
  • 蟲洞是什麼?它真的存在嗎?我們可以通過蟲洞穿越到過去嗎?
    你迫切地需要一個能跳躍時空的特殊隧道,以便儘早救他出來。你需要的,正是蟲洞。一些科學家認為,即使蟲洞存在,可能只存在於亞原子的層面,且時長不足一秒。也有科學家認為,蟲洞並不是自然存在的,可能是由異常物質催生的。異常物質具有負能量密度,但就像蟲洞一樣,目前也僅是理論上的。
  • 蟲洞理論是如何提出來的,蟲洞裡面會有什麼?
    而關於「蟲洞」的預測,是基於愛因斯坦的廣義相對論推導出來的,具體來說就是從廣義相對論中推導出黑洞和白洞這兩個特解,然後人們基於黑洞和白洞的特性,在此基礎上想像出存在著一種特殊的「時空通道」來連接黑洞和白洞,因此從實質上來說,蟲洞與黑洞和白洞有著本質的區別,它不是一種物質,也不是一種天體的結構。
  • 如果「動物園理論」是真的,那高級文明圈養我們有何種目的?
    人類的太空探索也過去了幾十年,可惜還是沒能發現任何存在生命的蹤跡,而且就人類目前的技術也被局限在太陽系,如果有高級文明只可能在銀河系之外。但這是道暫時跨不出去的鴻溝,根本不知道何年何月才能有機會嘗試。大千世界無奇不有,地球能夠出現生命絕對不是偶然,地球極有可能就是高級文明創造的文明,如果「動物園理論」真的成立,那麼高級文明圈養我們的意義何在呢?
  • 外星文明或許沒想像中高級
    外星科技一直被人類認為是宇宙中十分高級的文明產物,相對於人類數千年的科技文明來說,外星文明按道理來說應該比人類文明先進一大截。尤其是外星人所駕駛的宇宙飛船,到目前為止,地球上還沒有哪個國家的科學家可以製造出來。
  • 宇宙中的6個文明等級,人類的科技文明到了什麼級別?
    3、星系級文明這個級別的科技水平能夠穿越蟲洞進行更遠距離的星系航行,對於能量的掌控也達到了能直接汲取恆星能量進行補充,由於突破了距離的限制對於宇宙的了解進入到一個全新的角度,但是由於稀缺資源的衝突會通過掠奪其它文明來獲取,由於基因改造技術的成熟使得這個級別的生命不再害怕那些致命的強輻射環境,同時也了解還有一些接觸不到的更高等文明存在於高維度空間中
  • 假如「動物園理論」是真的,那高級文明圈養我們有啥目的?
    雖然按照人類現在的水平來看,根本找不到其他文明,甚至生命存在的跡象,但是宇宙這麼大,誰又能夠保證沒有其他文明的存在呢?會不會真的就如同「動物園理論」那樣,人類知識高級文明圈養的一種生物,那麼這些高級文明圈養人類的意義何在呢?
  • 如果太陽系出現了一個蟲洞,我們會穿越過去嗎?可能危險更大
    飛出太陽系的計劃其實在1977年已經由旅行者號開始了,那一年,科學家先後發射了旅行者一號和旅行者二號,它們重要的任務就是飛出太陽系探索外星文明的存在。雖然它們到現在已經飛行了42年,距地球達數百億公裡,可是按照奧爾特星云為邊界的太陽系範圍劃定,它們離真正離開太陽系至少還需要上萬年的時間。
  • 宇宙是高級文明設計出來的嗎?隨手扔個皮球就能夠得到答案
    人類誕生文明之後,經過數千年的不斷發展,終於走上了科學發展的道路。有了科學之後,我們開始對這個世界的一切謎團不斷思考,對地球之外的宇宙世界也在不斷思考。那麼這種思考和探尋的精神是現代人類才有的嗎?當然不是,事實上,從人類誕生的那天起,我們就開始區別於其它的生物,因為我們有了獨立意識。
  • 宇宙是高級文明創造出來的?人類和地球或許只是一段代碼
    根據科學家們的研究,137億年之前,宇宙並不存在,時間和空間的概念也沒有產生,一天一個體積無限小,質量無限大的奇點憑空出現了,它裡面蘊含了宇宙的全部物質,然後這個奇點發生了大爆炸,宇宙和時間、空間的改變便都隨之產生,而在大爆炸之後,奇點所迸發出來的碎片物質彼此之間不斷碰撞融合,各類天體便也隨之產生。經過科學家們的觀測分析,自從宇宙誕生後,宇宙一直處於不斷的成長、膨脹之中。
  • 人類誕生不是巧合,生命竟是被設計出來的,或許宇宙由程式設計師創造
    這時太陽系的位置優勢就顯現了出來。我們的太陽系裡銀心不遠不近,剛剛合適。這裡既有生命產生所需要足夠物質,又有生命發展所需要的穩定環境,所以說地球的位置得天獨厚。它通過無數個巧合達到一種和諧狀態,這些巧合共同締造生命誕生這個奇蹟。