连接时空的虫洞,是否真的存在?负质量、量子引力理论解开密码

虫洞,宇宙中连接两个不同时空的隧道,极其不稳定,即使一个光子滑下隧道,虫洞也会在瞬间关闭。

曾有研究表明,虫洞的独特形状使它们具有不稳定性。通过对虫洞进行整形,使它不是一个完美的球体,我们也许能够让隧道保持足够长的时间来穿越。唯一的问题是,所说的虫洞非常小。

来一场时空旅行

虫洞,如果存在的话,可以让你从A点在很短是时间内穿梭到某个非常遥远的B点,而不用费心费力地从A点走直线到B点。虫洞是时空旅行的一条捷径,也是宇宙的密码。

看到几百万光年以外的恒星了吗?如果你有一个连接你和那颗星的虫洞,你可以在几分钟内到达它。虫洞的这个“超能力”使得它们成为科幻小说和科幻电影的常客。

迄今为止,虫洞只存在于纸张或者屏幕,是我们对重力如何工作的现代理解。物质和能量扭曲了时空的结构,作为回应,时空的扭曲告诉物质如何运动。

因此,当谈到虫洞时,你只需要问自己:有没有可能以一种扭曲的方式弯曲时空,让它自己折叠起来,在另外两个遥远的点之间形成一个短距离隧道?

20世纪70年代发现的答案是令人惊讶的肯定。虫洞是完全可能存在的,并且在广义相对论的框架内是允许的。

一个问题是:它们在形成后很快就会坍塌。

事件视界、负质量、虫洞

虫洞之所以如此不稳定,是因为本质上,它们是由两个相互接触的黑洞、白洞组成的,在它们的奇点处连接起来形成一个隧道。

但是奇点的存在也是一个瓶颈:它们是无限密度的点。被称为事件视界的区域所包围,是宇宙中的单向屏障。如果你穿越了黑洞的视界,你将永远无法逃脱。

为了克服这个问题,虫洞的入口必须在视界之外。这样你就可以穿越虫洞,而不会穿过视界,也不会逃脱。

但是一旦你进入这样一个虫洞,突然增加的质量可能会让虫洞关闭,你的重力扭曲了虫洞隧道,导致它自己坍塌,像一个过度拉伸的橡皮筋一样突然断掉,留下两个在空间中分离的孤立黑洞,大概率还有你的尸体碎片散落在可观察的宇宙中。

理论证明,有一种方法可以让虫洞入口远离事件视界,并保持它足够稳定,让你可以通过。但问题又来了:解决方案需要一种负质量的材料。负质量和正常质量类似,只不过质量小于零。如果你在一个地方收集到足够多的负质量,就能创造排斥效应以防止虫洞关闭。

但是据我们所知,负质量的物质并不存在。我们没有证据证明它,如果它真的存在,它将违反宇宙的许多定律,比如惯性和动量守恒。例如,如果你踢一个负质量的球,它会向后飞。如果你把一个负质量的物体放在一个正质量的物体旁边,而不是吸引,它们会互相排斥,瞬间加速远离对方到无限远。

由于负质量是宇宙中的禁忌,乍看之下,虫洞似乎也不太可能存在于宇宙中。

寻求量子引力理论的帮助

我们知道广义相对论并没有描述宇宙中所有的引力相互作用,因为当引力在小尺度上变得非常强大时,比如说,黑洞内部的奇点,广义相对论就会瓦解。

为了解决这些情况,我们需要求助于量子引力理论,它将把我们对亚原子粒子世界的理解与我们对引力的更大尺度的理解结合起来。但每一次我们试图把它们拼凑起来时,总有一些棱角对不上,以失败告终。

但是,我们仍然有一些关于量子引力如何工作的线索,而且我们了解得越多,就越能了解虫洞的潜在可行性。有可能一个新的、改进的对重力的理解会揭示出根本不需要负质量物质,稳定的、可穿越的虫洞也是存在的。

伊朗德黑兰大学的物理学家应用了一些技术,使得他们能够研究量子力学如何改变标准的广义相对论。他们发现,如果没有负质量物质,可穿越的虫洞是允许的,但前提是入口从纯球体延伸一点。

虽然结果带来了无限希望,但有一个问题仍横亘在面前。这些假想的可穿越虫洞很小,非常小。据估计,虫洞最多比普朗克长度大30%,即1.61×10^-35米。这意味着旅行者不可能比这更大,而且虫洞旅行者必须以接近光速的速度前进,这两个条件从根本上卡死了时空旅行的脖子。

虽然受到限制,但新的研究确实为虫洞的可行性打开了一个小小的裂缝,随着研究的深入,或许这个裂缝会被慢慢撕开。