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带我们回到过去的是回忆,带我们去到未来的是梦想。——《时间机器》

想要实现时间旅行,回到过去,自古以来一直是人类的梦想,但凭空想象肯定是不行的。但是自从爱因斯坦提出相对论之后,又再一次燃起了人们对时间旅行的研究。

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

大约100多年,物理学家路德维希·弗莱姆就提出了“虫洞”的概念。之后爱因斯坦在研究引力场方程的时候作出了这样一种假设:

黑洞和白洞直接可以形成虫洞,通过穿越虫洞就可以实现时空转移和时间旅行。那么今天我们就来谈论一下,虫洞是如何形成的,以及它如何带我们进行时间旅行。

黑洞、白洞和虫洞之间有关系?

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

看到这几个词,大家应该会比较熟悉,毕竟它们会经常出现在许多影视作品或者科幻小说中。我们首先要从爱因斯坦的相对论开始说起。

黑洞我们应该很了解了,就是一个引力非常大的奇点,能够吞噬任何靠近它的物质。而白洞,顾名思义,就是性质和黑洞完全相反,任何物质和光都不能进入黑洞。

而且白洞只是广义相对论中推导出来的假象上一种洞,目前还没有任何证据支撑它的存在。

 

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

 

虫洞最早出现在广义相对论的史瓦西解中,科学家了解了时空并不是平坦的,而是可以弯曲的,当大质量恒星形成黑洞时,就是使得时空无限的向下坍塌,测底线几乎会和原来的时空相互垂直。

于是科学家就想:黑洞内部应该会和时空的另一个部分连接起来,黑洞的另一端就是白洞,而中间连接的部分就叫做白洞。

也就是从那个时候,物理学家们才开始对研究虫洞的性质产生了兴趣。

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

 

黑洞和白洞之间由虫洞连接,可以在黑洞和白洞之间传送物质。但是还有一点要说明,物质在进入黑洞时会被完全的分解到亚原子级别,最后才能通过虫洞传送到白洞然后出来。

虫洞存在吗?目前有哪些理论支持?

上面提到的史瓦西的解,来自广义相对论中的核心方程——爱因斯坦方程关于球状物质分布的解。也被叫做史瓦西黑洞,这就是黑洞存在的理论支持,而去年我们也真正的拍到了第一张黑洞照片。

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那么白洞呢?因为在相对论中,方程可以在时间上进行反演,经过简单的数学计算,就可以得到一个新的解,主要注意的是,白洞存在的理论远不及黑洞,因为这个方程的解现在还只是停留在数学上,物理意义还很不明确的。

科学家多次尝试把史瓦西的解以坐标系的形成呈现出来,其中定义域最广的就是克鲁斯卡尔坐标系,它使得坐标系中的所有点(除奇点之外)都有定义,简单来讲就是可以最大限度的把史瓦西解推广到整个时空当中。

 

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

从图中我们可以看到,我们的宇宙被划分成了四部分。那么虫洞哪去了?理论上讲,虫洞应该是通过黑洞和白洞,把我们所在的宇宙和镜像宇宙连到一起,这就是虫洞的概念。

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现在我们应该已经了解了以下几点:

  • 黑洞是现在已经确定宇宙中存在。
  • 白洞是对爱因斯坦方程的史瓦西解,通过时间反演得到的数学上的概念。白洞的存在还会和热力学定律产生矛盾。总的来说,关于白洞是否存在还是未知数。
  • 虫洞和白洞情况差不多,虫洞也有严格定义上的数学形式,而且关于虫洞的论文也不在少数,但事实上虫洞确实没有任何的实际观测的证据。

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

早在19世纪50年代,已有科学家对“虫洞”作过研究,由于当时历史条件所限,一些物理学家认为,理论上也许可以使用“虫洞”,但“虫洞”的引力过大,会毁灭所有进入的东西,因此不可能用在宇宙航行上。

创造出稳定存在的虫洞需要什么条件?

上世纪50年代的时候,物理学家就已经对虫洞进行过研究了,之后霍金也对虫洞理论进行研究之后得出的结论是:因为虫洞的引力非常大,将会摧毁所有进入里面的物质。也就是说物理定律不允许,宏观世界的我们进行时间旅行,以此避免出现时间悖论。

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

 

“似乎有一个时序保护机制,防止封闭类时曲线的生成,从而让历史学家得到安全的宇宙。
It seems that there is a Chronology Protection Agency which prevents the appearance of closed timelike curves and so makes the universe safe for historians.”

随着科学不断的发展,人们发现“虫洞”的巨大引力可以使用“负质量”来进行中和,从而使得虫洞能够稳定的存在。

物理学家发现,“正物质”有质量,那么反过来“反物质”就应该拥有“负质量”,负质量之间会进行排斥的作用,所以理论上可以利用负质量的物体来抵抗虫洞中的巨大引力。

可以实现时间旅行的虫洞,到底有哪些科学依据?

伟大的物理学家霍金也曾猜测,宇宙中,可能存在数以亿计的虫洞,可惜这些虫洞都太小了,小到连一个原子也放不下。而“负质量”的发现再一次科学家对虫洞的研究有了进展,这样一来,就可以利用负质量来扩大虫洞的大小了。

具体是这么一回事:把“负质量”传送到“虫洞”里面去,然后把“虫洞”打开并加强它的结构,让它稳定的存在,最后我们就可以乘坐太空飞船穿越虫洞了。

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什么是负质量?有没有真的负质量?

负质量(negative mass)是一个物理学中的一个概念,我们从字面意思来理解,就是质量是负的,和我们生活中的质量完全相反,比如-10kg。

在相对论中,我们知道质量和能量其实是一个物体的同一个属性,也就是说,质量和能量其实是一回事,负质量我们也可以看成是负能量,当然这里的负能量可不是我们生活中,让人产生负面情绪的负能量。

需要注意的是,反物质并不是负质量,反物质的质量依然是正的。而负质量的物质之间会存在相互排斥的力,那么正负质量的物体相遇会发生什么,理论上来讲,它们可能会融合到一起,最终消失掉。听其实可能有点不可思议,但实际就是这的情况。

“负质量”刚提出时还只存在于理论之中。尽管现在依然处于搜索阶段,但是现在世界上的许多科学家都成功的证实“负质量”的存在性。

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总结

虫洞理论是由相对论推导出来的一种数学模型,在物理上,目前没有证据表明它的存在。而且虫洞的稳定存在需要负质量来维持,等等这些对我们来说都还是未知数,所以依靠虫洞进行时间旅行目前来讲,还是不现实的。

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