?

在標(biāo)準(zhǔn)模型可以產(chǎn)生蟲(chóng)洞以外的一個(gè)理論是事實(shí)上你可以穿越蟲(chóng)洞，這在科幻小說(shuō)中是很流行的寫(xiě)法，太空飛船可以通過(guò)這些方法達(dá)到比光速更快的航行并且瞬間從時(shí)空的一點(diǎn)到另外一點(diǎn)。與此同時(shí)盡管廣義相對(duì)論不承認(rèn)可穿越蟲(chóng)洞的存在，但最近的研究表明它們事實(shí)上可能就存在于量子物理的范疇之內(nèi)。

? ? ? ?

? ? ?

唯一的不足是比起穿越標(biāo)準(zhǔn)太空/或更微小的太空實(shí)際上它們需要耗費(fèi)更多的時(shí)間去穿越蟲(chóng)洞，在一個(gè)由一眾常春藤聯(lián)盟的科學(xué)家指導(dǎo)的研究中顯示，存在于標(biāo)準(zhǔn)模型之外的物理意味著這里有蟲(chóng)洞，這些蟲(chóng)洞不僅足夠大的可以被穿越，而且對(duì)于想要從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)的人類宇航員來(lái)說(shuō)也完全安全。

? ? ? ?

? ? ?

這個(gè)研究，由胡安· 馬爾達(dá)西那（來(lái)自于高等研究院研究理論物理學(xué)的Carl P. Feinberg講席教授）和艾利克斯·麥肯寧，一名學(xué)習(xí)天體物理學(xué)，畢業(yè)于美國(guó)普林斯頓大學(xué)的畢業(yè)生共同指導(dǎo)，名為“人類可穿越的蟲(chóng)洞”。在過(guò)去兩人已經(jīng)全面的以蟲(chóng)洞為研究對(duì)象，發(fā)表了蟲(chóng)洞如何成為太空穿梭的安全途徑的文章。

? ? ? ?

? ? ?

這個(gè)關(guān)于蟲(chóng)洞的理論萌芽于20世紀(jì)早期為了響應(yīng)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，第一個(gè)假定它們存在的是卡爾·史瓦西，一個(gè)德國(guó)的物理學(xué)家和天文學(xué)家，他對(duì)于愛(ài)因斯坦的場(chǎng)方程（史瓦西度量）的解法成了存在黑洞的第一理論支撐。

? ? ? ?

? ? ?

史瓦西度量的一個(gè)結(jié)果被他稱為“永恒黑洞”，這些永恒黑洞本質(zhì)上是時(shí)空里不同點(diǎn)的聯(lián)系。但是，這些史瓦西蟲(chóng)洞（愛(ài)因斯坦羅森橋梁）不是很穩(wěn)定，因此它們可能坍塌的太快以至于任何事物都來(lái)不及從一端穿越至另一端。

正如馬爾達(dá)西那和麥肯寧通過(guò)郵件向今日宇宙解釋的那樣，可穿越的蟲(chóng)洞需要特殊條件才能夠存在，這包括負(fù)能量的存在，這在經(jīng)典物理中是不被允許的—但在量子物理范疇內(nèi)是可能的。關(guān)于這個(gè)的一個(gè)好的例子，他們說(shuō)，是卡西米爾效應(yīng)，在卡西米爾效應(yīng)中，量子領(lǐng)域產(chǎn)生負(fù)能量同時(shí)沿著一個(gè)閉環(huán)進(jìn)行傳播。

? ? ? ?

? ? ?

?"不管如何，這個(gè)效應(yīng)通常很小，因?yàn)樗且粋€(gè)量子。在我們先前發(fā)表的論文[“在四個(gè)維度中可穿越的蟲(chóng)洞”]中，我們意識(shí)到這個(gè)效應(yīng)對(duì)于帶有大磁荷的黑洞可以變得很大。新的想法是使用特殊性能的帶電且無(wú)質(zhì)量的費(fèi)米子（類似于電子的微粒但是沒(méi)有質(zhì)量）。對(duì)于一個(gè)有磁力的帶電黑洞來(lái)說(shuō)這些沿著磁場(chǎng)的穿越就會(huì)排成線。（用一個(gè)類似于太陽(yáng)風(fēng)的帶電微粒是怎樣在地球的極區(qū)附近創(chuàng)造極光的方法。）

? ? ? ?

? ? ?

事實(shí)上，這些粒子可以通過(guò)進(jìn)入一個(gè)點(diǎn)并從它們開(kāi)始的地方出現(xiàn)，以在周圍的平坦空間中穿梭成一個(gè)環(huán)形。這意味著，“真空能量”被修改了，且可以為負(fù)值。這種負(fù)能量的存在，能夠?yàn)榉€(wěn)定的蟲(chóng)洞的存在提供支持，時(shí)空點(diǎn)之間的橋梁，在有東西有機(jī)會(huì)穿越它之前，并不會(huì)坍塌。這種（穩(wěn)定的）蟲(chóng)洞在基于某種物質(zhì)的情況下是可行的，而這種物質(zhì)則是標(biāo)準(zhǔn)粒子物理學(xué)模型的一部分。唯一的問(wèn)題是，這些蟲(chóng)洞將只能是微觀的，并且只能存在于很短的距離之中。就可供人類穿越而言，蟲(chóng)洞必須足夠大，而它要求應(yīng)用的物理學(xué)模型就要是標(biāo)準(zhǔn)模型以外的。

對(duì)于（做這項(xiàng)研究的）Maldacena（高級(jí)研究學(xué)院理論物理學(xué)教授）與Milekhin（普林斯頓大學(xué)天體物理學(xué)畢業(yè)生）來(lái)說(shuō)，模型Randall-Sundrum?II（又名五維扭曲幾何理論）成為功勞之臣。這個(gè)以理論物理學(xué)家Lisa?Randall和Raman?Sundrum命名的模型從五個(gè)維度對(duì)宇宙進(jìn)行描繪，并且以解決粒子物理學(xué)中的層次問(wèn)題為初衷而提出。

? ? ? ?

? ? ?

“這個(gè)五維時(shí)空同樣可以描繪比我們通常探索的更低能量的物理，但是由于它僅僅通過(guò)重力與我們的物質(zhì)耦合，所以能夠逃脫（我們的）探測(cè)，模型Randall-Sundrom?II便是基于這樣的認(rèn)識(shí)。其實(shí)，它的物理性質(zhì)類似于在已知的物理中添加許多有強(qiáng)相互作用的無(wú)質(zhì)量場(chǎng)。因此，它會(huì)產(chǎn)生所需的負(fù)能量。

通過(guò)外部觀察，Maldacena和Milekhin得出結(jié)論，這些蟲(chóng)洞類似中等大小的、帶磁荷的黑洞，可以產(chǎn)生同樣強(qiáng)大的潮汐力，航天飛行器需要對(duì)此加以警惕。他們認(rèn)為，要做到這一點(diǎn)，一個(gè)可能的星際旅行者需要依靠非常強(qiáng)大的提升因子來(lái)通過(guò)蟲(chóng)洞的中心。

? ? ? ?

? ? ?

如果上述可以實(shí)現(xiàn)，那么將只剩下一個(gè)問(wèn)題：這些蟲(chóng)洞是否能成為穿越兩個(gè)時(shí)空點(diǎn)的捷徑呢？如前所述，哈佛大學(xué)（Harvard?University）的Daniel?Jafferis先前的研究（該研究也考慮了愛(ài)因斯坦和內(nèi)森·羅森的工作）表明，雖然可能，但穩(wěn)定的蟲(chóng)洞實(shí)際上比正?？臻g需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能穿過(guò)。

然而，基于根據(jù)Maldacena和Milekhin的研究，站在星際旅行者的角度來(lái)看，穿越蟲(chóng)洞幾乎是不花費(fèi)時(shí)間的。（但是）從旁觀者的角度出發(fā)，根據(jù)廣義相對(duì)論，穿越蟲(chóng)洞的時(shí)間則會(huì)長(zhǎng)很多。在廣義相對(duì)論中，接近光速行駛的星際旅行者會(huì)經(jīng)歷時(shí)間膨脹（也就是時(shí)間變慢）。正如Maldacena和Milekhin所說(shuō)：“對(duì)于穿過(guò)蟲(chóng)洞的宇航員來(lái)說(shuō)，他們只需花1秒鐘的時(shí)間就可以到達(dá)10000光年的距離（大約5000億英里或銀河系大小的1/10），如果一個(gè)觀察者不穿過(guò)蟲(chóng)洞而呆在外面，他會(huì)看到他們花了一萬(wàn)多年的時(shí)間。所有這些都不需要燃料，因?yàn)橹亓κ癸w船加速和減速?！?/span>

?

? ? ? ?

? ? ?

?

圖為一艘宇宙飛船穿越蟲(chóng)洞前往遙遠(yuǎn)星系。?圖源美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局

另一個(gè)好處是穿越這些蟲(chóng)洞可以不用燃料，因?yàn)橄x(chóng)洞自身引力會(huì)使宇宙飛船加速和減速。在太空探索的過(guò)程中，飛行員需要運(yùn)用蟲(chóng)洞的潮汐力去讓他們的飛船處于合適的位置，剩下的工作就順其自然了。一秒鐘后，他們就會(huì)出現(xiàn)在銀河系的另一邊了！

這對(duì)于那些認(rèn)為蟲(chóng)洞有朝一日可能成為一種太空旅行的方法的人是一個(gè)好消息，但馬爾達(dá)西納和米列欣的研究顯示出了蟲(chóng)洞旅行的弊端。首先，他們強(qiáng)調(diào)了因?yàn)樽匀恢惺菦](méi)有合理的機(jī)制，?可穿越的蟲(chóng)洞必須使用負(fù)質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)。

? ? ? ?

? ? ?

雖然這是可能的(至少在理論上)，但仍然需要提前知道時(shí)空的結(jié)構(gòu)。即便如此，其中所涉及的質(zhì)量和規(guī)模非常大，以致于這項(xiàng)任務(wù)遠(yuǎn)超我們所能預(yù)見(jiàn)的任何實(shí)用技術(shù)。其次，這些蟲(chóng)洞只有在寒冷且平坦的空間才安全，而這并不符合蘭道爾–桑壯第二模型。

最重要的是，任何進(jìn)入蟲(chóng)洞的物體都會(huì)加速，甚至無(wú)處不在的宇宙背景輻射也會(huì)帶來(lái)巨大的危險(xiǎn)。然而，馬爾達(dá)西納和米列欣強(qiáng)調(diào)了他們的研究是為了證明可穿越蟲(chóng)洞的存在是“廣義相對(duì)論和量子物理學(xué)之間微妙的相互作用”的結(jié)果。

簡(jiǎn)而言之，使用蟲(chóng)洞來(lái)實(shí)現(xiàn)太空旅行是不實(shí)際的——至少，在任何可預(yù)見(jiàn)的方式下都是不可能的?；蛟S這不會(huì)超過(guò)卡爾達(dá)舍夫二型或三型文明，但這僅僅只是猜測(cè)。即便如此，我們?nèi)匀还膭?lì)大家去了解科幻作品中提出的一些概念，這些概念并非是不可能的。

作者：MATT WILLIAMS

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處