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如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

2020-08-31  做好人好...

一百年前,爱因斯坦发表了相对论,震惊了世界,也告诉我们光速的不可超越性。在光速的限制下,穿越宇宙似乎成为了不可能。即使是以光速飞出银河系,也需要几乎十万年的时间。每当想起这些,人类就不可避免地陷入一种绝望,仿佛冥冥之中被光速所制约,深陷于物理定律之中。

如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

好在,科学家们提出了一些理论,让超越光速成为了可能。比如爱因斯坦本人也和他的助手罗森提出了著名的爱因斯坦-罗森桥,也就是我们常说的虫洞。虫洞可以弯曲时间,让我们在不违背相对论的前提下,穿梭于宇宙的各个角落之间。

遗憾的是,爱因斯坦本人似乎对人类穿越虫洞持相对悲观的态度,因为他的广义相对论不支持可穿越虫洞的存在。

物理学两座大厦之一的相对论关上了虫洞的大门,它的“邻居”量子力学似乎也并不太欢迎虫洞的理论。虽然量子力学中虫洞不违背已知的物理定律,但是这个理论下的虫洞,需要我们花费更长的时间来进行穿越,或者还有一种可能——它只是一种微观的虫洞。

难道虫洞真的只能停留在幻想之中吗?

如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

最近,来自英国大学学院高等研究所的理论物理学教授Juan Maldacena和普林斯顿大学天体物理学研究生Alexey Milekhin始终“不信邪”,长期致力于寻找能够供人类穿越宇宙的虫洞。他们最新的研究成果表明:有些虫洞的确可以超越物理模型而存在,提供足够宽敞的通道,允许人类在其中往复穿梭。

我们知道,目前虫洞面临的巨大问题,除了是否真正存在之外,就是稳定性的问题了。现有理论认为,虫洞出现的瞬间就会马上消失,根本来不及让任何物体通过,其根源就在于其恐怖的引力。因此,如何解决引力的问题,就是维持稳定虫洞的关键。

如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

多年以来,科学家们提出过多种理论,目前最被广为接受的,就是负能量理论。听这个名字你就能想象到,它更多的是以理论的形式存在。即使今天我们已经证实了反物质的存在,但负能量却完全没有出现过的痕迹,经典物理学也不允许它的存在。只有在量子力学领域,才能够对它解释一二。

Maldacena和Milekhin指出:卡西米尔效应是解决负能量的一种可能,但是它也有自己的问题,那就是只适用于微观领域。但他们的研究表明:携带巨大磁荷的黑洞可以放大卡西米尔效应,这或许是产生负能量的一种手段。

他们的想法是,让一个静止质量为0的费米子在大磁荷黑洞的周围沿着磁场线运动,它们会进行圆周运动,在某一点进入,然后出现在周围一个平坦的空间。这意味着“真空能量”会发生改变,从而允许负能量的存在。这些负能量和普通能量的区别就在于,它们不提供引力,反而提供斥力,这就能够抵消虫洞的惊人引力,实现虫洞的稳定。

如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

虽然现代物理标准模型并不否认这一点,但是这样的虫洞必须是微观的,并且只能连接两个非常短的距离。而人类所需要的,是能够穿越宇宙的两端、并且足够让我们的航天器通行的虫洞,他们要如何解决这个问题呢?

Maldacena和Milekhin由此提出了他们建立的最新模型,称之为Randall-Sundrum II模型,也叫作5维扭曲几何理论。他们在五维时空的条件下尝试解决这个问题,提出一种只能通过引力与我们的物质相耦合的能量。它的机制类似于已知的物理学中无质量场中加入大量强相互作用,从而产生负能量的模式。在这种理论下,一个中等尺寸带点黑洞一般的虫洞就出现了,它可以提供穿越时空的可能。

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就像广义相对论所指出的那样,旅行者在通过这个虫洞穿越时空时,他本身几乎感觉不到时间的流逝,但对于静止坐标系下的其他人来说,他们的时间会被极大幅度延长,这就是爱因斯坦所说的时间膨胀效应。

比如说,如果一个虫洞连接着相距10000光年的两个空间点,对于穿行其中的宇航员来说,他感受到的时间流逝大约是1秒钟,但对于外面的人来说,看到他们经历的时间则是10000年。对于地球上的人来说,我们似乎活不到这些宇航员回来的那一天,但至少人类能够活着飞到其他星系,也算是个好消息了。

虫洞的另一个好处,就是不需要单独准备穿越它的能源。虫洞本身具有极强的引力,这就是飞船穿越虫洞的动力源,而当飞船穿过虫洞时,引力又会充当减速装置。用科学家的话说,宇航员只需要把飞船开到某个特定位置,然后把剩下的工作交给宇宙,就能够在他们感受到的1秒钟内到达宇宙的另一头了。

如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

不过,即便如此,我们也不能认为虫洞就是很快就能实现的设想。实际上,我们距离虫洞仍然有着极其遥远的距离。

首先,Maldacena和Milekhin指出:他们的理论必须借助于传说中的负能量,这个概念是否成立目前还未知。并且如何利用负能量也是一个问题,其中涉及到非常巨大的质量,这对于人类来说也是一个挑战。

其次,稳定的虫洞要求空间温度足够低、足够平坦,但对于Maldacena和Milekhin的模型来说,他们所要求的条件却并不一样。

另外,穿越虫洞还伴随着一定的危险和伤害。虫洞的加速是否会导致人体被摧毁,是一个值得关注的问题。甚至是我们平时完全感受不到的宇宙微波背景辐射,也可能对宇航员产生巨大的威胁。

如何解决虫洞不稳定问题?科学家认为:五维时空可以解决

Maldacena和Milekhin也指出,他们的目的并不是彻底解决虫洞问题,而是证明了在“广义相对论和量子力学之间微妙的相互作用”下,稳定的虫洞是可以存在的,激励着其他科学家继续进行相关的研究。

总之,虽然没有被发现,并且面临着诸多问题,但爱因斯坦所预言的虫洞或许真的是我们穿越宇宙的一个渠道。只不过,人类何时能够利用虫洞飞到其他星系,还是个未解之谜。也许等我们达到二级或者三级宇宙文明,就可以自由地穿梭在星际之间了吧!

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