蟲洞真的存在?比光速更「快」,穿過它瞬間就能到達宇宙邊緣?

2022年07月16日10:58:15 科學 1839

著名科學家愛因斯坦在生前曾提出過許多科學假設。

其中關於黑洞的假設,在當時那個天文學技術還並不發達的年代,雖然受到了無數人的質疑,但隨著近年來黑洞照片的成功拍攝,黑洞的存在也真正被徹底證實了。

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當然,類似黑洞,愛因斯坦在生前同樣還預言了另一個「宇宙極端」的存在,那就是蟲洞

科幻電影中的星際穿越、時空旅行橋段,大都也正是通過穿越蟲洞實現的,倘若蟲洞真實存在,那我們將得到比光速更「快」的途徑,只需要穿過它就能在瞬間到達宇宙的邊緣。

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但問題是,蟲洞真的存在嗎?

關於黑洞、白洞

要想弄清楚蟲洞到底是什麼,大家有必要先來了解下關於黑洞和白洞的相關知識。

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先來說一下什麼是黑洞,從物理性質上來說,黑洞實際上就是一個質量密度超大的天體,只不過由於它的質量密度過於龐大,以至於它附近的時空都被嚴重影響,讓時空曲率大到了連光都無法逃脫的地步。

這也是為什麼黑洞之所以會被稱作是黑洞的根本原因,因為它連光都能「吞噬」,沒有了任何光的反射,呈現在我們眼前,黑洞也就是「漆黑一片」的存在了。

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被黑洞扭曲的時空

說起黑洞,大川不得不提一下的就是,科學家於2019年4月10日發布的第一張黑洞照片。

根據科學家推算,照片里這個黑洞(M87*)的質量至少是太陽質量的65億倍,體積也至少是太陽的680萬倍

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由於黑洞特殊的物理性質,導致了它的存在無法被直接觀察到,因此當時科學家採用了事件視界望遠鏡(EHT)對其進行觀測拍攝。而我們從照片里看到的黑洞周圍的光,也並非黑洞自身發出的,而是黑洞正在吞噬周圍的天體,這些天體在被吞噬的過程中釋放出的巨大能量,以光的形式傳遞了出來,這才有了我們眼前看到的這個黑洞。

如果當時沒有吞噬天體,恐怕我們也無法看到這個遊盪在宇宙中的怪物了……

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像M87*這樣的黑洞,在宇宙中還有很多,說起來你可能會感到不可思議,就連我們所處的銀河系的中心,實際上就是一個巨大的黑洞,科學家將其稱作是銀心黑洞(人馬座A*(Sgr A*))

這個黑洞距離地球大概2.6萬光年,直徑約為4400萬公里,保守估計它的質量也約為太陽質量的410萬倍。

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質量大還不是黑洞最可怕的地方,黑洞最可怕的地方則在於它恐怖的吞噬能力。我們都知道,對於天體來說,質量越大的天體就會擁有越大的引力,因為根據萬有引力定律公式(F=GMm/r²),引力是跟天體質量成正比的,所以黑洞的引力是相當大的,這也就進一步導致了黑洞表面擁有極高的逃逸速度,而這個逃逸速度是大於30萬公里每秒的光速的。

基於這樣的逃逸速度,任何接近黑洞的天體只要速度小於光速,便會被黑洞引力捕獲,並最終淪落為黑洞的「食物」,被黑洞吞噬稱為黑洞質量的一部分,就算是光也難逃被黑洞吞噬的命運。

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再來說一下白洞,白洞實際上是廣義相對論預言的另一種「宇宙極端」。

從物理性質上來說,白洞是一種與黑洞性質完全相反的天體,你可以理解為,黑洞是無限吞噬周圍天體的存在,這相當於一種「吸引力」,而白洞則是無限釋放物質、能量的存在,相當於一種「排斥力」。

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不過值得一提的是,雖然黑洞的存在已經得到了完全的證實,但白洞卻至今都是一種假想中的天體,科學家未曾對其存在有過切實的研究和發現。

什麼是蟲洞?

弄清楚了黑洞和白洞之後,再來說蟲洞大家應該就容易理解了。

蟲洞的概念最初是由奧地利物理學家弗萊姆在1916年提出的,後來經愛因斯坦和納森·羅森補充完善,才有了現如今蟲洞(愛因斯坦-羅森橋)的概念。

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關於蟲洞,有一種被大眾廣為接受的說法,它是連接著黑洞與白洞的一個通道(又被稱作「灰道」),物質被黑洞無限吸入吞噬,然後經由中間這條通道進入白洞,並由白洞無限噴發出來。

這個「橋樑」的存在,也反過來解釋了白洞的存在可能性。

通過蟲洞為什麼能「任意」穿梭於時空?

前面大川提到了,黑洞的質量密度過於龐大,以至於其附近的時空被極大程度地壓縮,時空曲率也大到了連光都無法逃脫的地步。

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在這樣的背景之下,黑洞的存在也就成了穿梭於時空當中的「入口」,由於黑洞附近的時空曲率非常大,因此當我們身處黑洞附近的時候,地球上時間和空間的法則便早已不再適用,科幻電影《星際穿越》中的一個橋段,就很好地還原了黑洞的這一特性。

男主角從黑洞出來,重新返回地球後,他的女兒竟然已經變成了白髮蒼蒼的老人,而他自己卻依然保持著當初進入黑洞時的樣子。

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男主從黑洞回到地球後探望女兒

也就是說,他進入黑洞後雖然時間在正常流逝,但由於不同的時空曲率,相對於地球上的女兒來說,他的時間其實趨於靜止,你可以理解為這是「天上一天,地上萬年」的現象。

基於此,倘若蟲洞真實存在,我們只要能順利從黑洞進入,也就一定能做到穿梭於時空當中了。

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在這裡,時間不是問題,距離更不是問題

有黑洞作為入口,你可以簡單理解為,無限大的曲率就等於將距離無限壓縮,飛船行駛在其中雖然速度沒有變化,但是相對於起點來說,卻是在無限加速的。許多科幻電影中宇宙飛船標配的曲率引擎,也正是基於這樣的原理構想出來的。

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曲率引擎飛船原理圖

也正是因此,如果蟲洞真實存在,並且我們掌握了進入蟲洞的方法,那我們便將得到比光速更「快」的速度,甚至在瞬間到達宇宙邊緣也是能從理論上實現的。

寫在最後

最後,關於通過蟲洞進行時空穿梭這個話題,大川還需要額外補充一點。

那就是通過蟲洞我們只能去往未來的時間,而不可能回到過去並且不止蟲洞無法帶我們回到過去,世界上也不可能出現任何穿越時空的設備把我們送回過去,因為在這其中會涉及到一個可怕的悖論——祖父悖論

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A回到過去,殺死了自己還未結婚生子的祖父。如果A的祖父死了,A的父親就不可能出生,沒有父親A也就無法出生。既然A沒有出生,又是誰殺死了A的祖父呢?

顯然,這是一個說不通,也不可能發生的悖論……

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