什么是蟲洞
宇宙中的蟲洞是科學(xué)家推測可能存在的一種特殊隧道抖拴,它的兩頭連接著兩個(gè)遙遠(yuǎn)的時(shí)空匀油,理論上說缘缚,如果能從蟲洞的一端穿越到另一端,就能實(shí)現(xiàn)超越光速的時(shí)空旅行敌蚜。
要想清楚了解蟲洞的來頭桥滨,我們還得再次回到1916年。##歷史文章《上帝不會擲骰子弛车?——談?wù)劻孔恿W(xué)》##
愛因斯坦提出廣義相對論后齐媒,各地的科學(xué)家都對這一理論展開了積極研究,來自奧地利的物理學(xué)家Ludwig Flamm就是在這一過程中想到了類似蟲洞的概念纷跛。
在解決廣義相對論的核心方程(愛因斯坦場方程)時(shí)喻括,方程的史瓦西解(Schwarzschild'ssolution)被找到,只是在這個(gè)解里面存在著奇異點(diǎn)贫奠,或者說是方程中的特殊情況(就像y=1/x這個(gè)方程里唬血,x=0的情況)望蜡。當(dāng)我們把這種特殊情況和它的物理意義聯(lián)系起來時(shí),黑洞和白洞就被相繼提出拷恨。
在霍金的兩大科普著作《時(shí)間簡史》小泉、《果殼中的宇宙》的幫助下,黑洞這一概念早已深入人心兜挨。它是在恒心死亡時(shí)膏孟,由于體積收縮,密度變大拌汇,獲得使光也無法逃脫的巨大密度的一種天體柒桑。而所謂白洞,其實(shí)就是和黑洞具有相反性質(zhì)的特殊天體噪舀,特點(diǎn)是不斷往外“吐”出東西魁淳,只發(fā)射而不吸收。Ludwig Flamm設(shè)想中的蟲洞正是連接黑洞和白洞的“管道”与倡,由于聯(lián)系著一黑一白界逛,蟲洞也有了另一個(gè)名稱叫作“灰道”。
1935年纺座,愛因斯坦和羅森完善并正式提出了這一理論息拜,從此,這種連接兩個(gè)時(shí)空的神奇通道被人們稱作愛因斯坦-羅森橋(Einstein-Rosen bridges)净响,或者蟲洞(wormhole)少欺。
這樣看來,黑洞馋贤、白洞和蟲洞其實(shí)都是從物理方程出發(fā)赞别,在數(shù)學(xué)意義上存在的概念。它們在宇宙里是否真的存在配乓,還需要我們的觀測結(jié)果來證實(shí)仿滔。關(guān)于黑洞,我們前幾年已經(jīng)在宇宙中找到了它存在的蛛絲馬跡犹芹,但是白洞和蟲洞的蹤跡卻一直未能被人類捕捉到崎页。
黑洞和蟲洞的觀測
霍金曾對微觀上的蟲洞作出過解釋,在他的理論中腰埂,微觀蟲洞其實(shí)不斷在量子真空中出現(xiàn)和消失实昨,只是它們體積極小,只有不及原子大小的基本粒子才能通過盐固。這一解釋顯然讓那些對時(shí)空旅行的充滿期待的人失望了荒给,幸運(yùn)的是,宏觀上的蟲洞在理論上也是可能存在的刁卜。
宏觀上的蟲洞和黑洞一樣,周圍會產(chǎn)生嚴(yán)重的時(shí)空包裹蛔趴,也就是極強(qiáng)的引力作用挑辆。在這種作用下,光線沿曲線行走孝情,蟲洞周圍的星云塵埃發(fā)出的光線匯聚過來鱼蝉,形成一個(gè)圍繞蟲洞的光環(huán)。于是箫荡,蟲洞周圍的光線就像圍繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星魁亦,過于靠近的光子會因?yàn)橐ψ饔帽幌x洞吸收,所以光環(huán)往里是一個(gè)圓形的黑色虛空羔挡,我們叫作陰影(shadow)洁奈。
同樣的,在銀河系的正中绞灼,我們曾間接觀測到的那個(gè)巨大黑洞也有著這樣的陰影區(qū)域利术,只是他的相對體積非常的小。為了直接觀測到黑洞的陰影低矮,我們在全球設(shè)立了射電望遠(yuǎn)鏡陣列印叁,形成一個(gè)地球大小的組合“望遠(yuǎn)鏡”,也就是視界望遠(yuǎn)鏡(EHT军掂,Event Horizon Telescope)轮蜕,現(xiàn)在科學(xué)家們正在分析去年收集到的第一批數(shù)據(jù),試圖提供直接觀測到的黑洞存在的依據(jù)良姆。
上個(gè)月30號(3/18/2018),來自印度孟買的物理學(xué)家Rajibul Shaikh在arXiv上發(fā)表了一份最新研究成果(論文內(nèi)容點(diǎn)擊閱讀原文)玛追,研究發(fā)現(xiàn)税课,一種特定的蟲洞在旋轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生更加扭曲的陰影,而高速旋轉(zhuǎn)下的黑洞的陰影則是保持一種碟型痊剖。所以如果我們可以直接觀測到陰影的存在韩玩,這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)就能幫助我們分辨觀測到的究竟是黑洞還是蟲洞。
在這項(xiàng)研究中陆馁,蟲洞喉嚨的影響被考慮了進(jìn)來找颓,這也是之前的多數(shù)研究者都忽視的問題。蟲洞的喉嚨連接著蟲洞的兩端叮贩,并且在理論上會影響它產(chǎn)生的陰影的形狀击狮。
科學(xué)變革的可能
在廣義相對論的體系之下佛析,蟲洞產(chǎn)生的引力作用是如此巨大,它其實(shí)不能單獨(dú)存在多久就會自我毀滅彪蓬,所以蟲洞的長期存在需要奇異物質(zhì)(exotic matter)的維持寸莫。
“奇異物質(zhì)”這個(gè)十分玄幻的詞并不是Rex使用的一個(gè)修飾詞,而是科學(xué)家定義的一類物質(zhì)的名稱档冬!但是顧名思義膘茎,這些物質(zhì)有著奇異的性質(zhì),或者說能力酷誓,可以做到一些一般物質(zhì)完成不了的任務(wù)披坏,比如說負(fù)能量產(chǎn)生的反引力效果,可以抵消正常的引力效應(yīng)盐数,從而維持蟲洞的“存活”棒拂。廣義上對它的定義是:不由強(qiáng)子(baryons)所構(gòu)成的物質(zhì)。
所以說娘扩,如果我們真的可以直接觀測到宇宙中的蟲洞着茸,那么也就間接證明了奇異物質(zhì)的存在,或許我們會迎來另一次的科學(xué)變革琐旁,使得科學(xué)家們重新定義和理解引力涮阔,以及宇宙物質(zhì)的構(gòu)成等問題。
然而灰殴,以上的一切都基于層層假設(shè)之上敬特,我們能否真的直接觀測到陰影還需要等待數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。上述對陰影形狀的研究也只是基于一種特定的蟲洞才能適用牺陶,這種蟲洞是一種簡化的伟阔,對稱的理想蟲洞,所以研究結(jié)果能應(yīng)用到普通蟲洞上的可能并不大掰伸。
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經(jīng)歷了從物理出發(fā)到數(shù)學(xué)推導(dǎo)皱炉,再重新回到物理研究的過程,一路上我們對蟲洞建立了太深的印象狮鸭,好像它真的就掛在天上合搅。我們曾經(jīng)無數(shù)次通過數(shù)學(xué)計(jì)算找到了相應(yīng)的物理現(xiàn)象,就像電磁波的提出歧蕉、泊松亮斑的發(fā)現(xiàn)灾部,當(dāng)看到觀測結(jié)果和理論預(yù)測完美吻合時(shí),我也深深感受到了科學(xué)的魅力惯退。只是對于蟲洞來說赌髓,宏觀蟲洞的存在不可避免地指向了極其神秘的奇異物質(zhì),這些物質(zhì)本身的性質(zhì)、對蟲洞的影響我們都無從得知锁蠕,所以之后的推測也難以讓人信服夷野。
理論的突破和實(shí)驗(yàn)的證明是科學(xué)研究的左右手,也是我很喜歡的一種理性的美學(xué)匿沛,只是這一次扫责,我們可能要接受科學(xué)另一種殘缺的美了。
來源參考
????https://en.wikipedia.org/wiki/Wormhole
????https://www.space.com/20881-wormholes.html
????https://www.zhihu.com/question/50795273