如何才能探測到蟲洞？恒星怪異擺動暴露蟲洞位置

　　北京時(shí)間 10 月 28 日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，一項(xiàng)新研究指出，恒星怪異的擺動行為可能會暴露蟲洞的位置，如果這些傳說中時(shí)空隧道真實(shí)存在的話。

　　蟲洞是科幻小說中長盛不衰的主題。多年來，在許多故事、書籍和電影中，主人公都以蟲洞作為宇宙中的捷徑，穿梭于相隔遙遠(yuǎn)的星球之間。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，蟲洞的存在是有可能的，但從來沒有人證實(shí)過。

　　這項(xiàng)新研究提供了一種對蟲洞進(jìn)行試探性偵測的可能方法，那就是尋找微小但奇怪的恒星運(yùn)動。“如果有兩顆恒星分別位于蟲洞的兩側(cè)，那在我們這一側(cè)的恒星應(yīng)該能感受到另一側(cè)恒星的引力影響，“研究作者之一、紐約州立大學(xué)布法羅分校的宇宙學(xué)家和物理學(xué)教授德?lián)P·斯托伊科維奇(Dejan Stojkovic)在一份聲明中說，“引力流會穿過蟲洞。”

　　蟲洞需要時(shí)空的極度扭曲，這反過來又依賴于非常強(qiáng)大的引力。因此，想要尋找蟲洞，最好的去處很可能在星系核心的超大質(zhì)量黑洞附近。比如銀河系中心的人馬座A*(Sagittarius A*)，這個(gè)超大質(zhì)量黑洞擁有相當(dāng)于 400 萬個(gè)太陽的質(zhì)量。

　　斯托伊科維奇說：“如果你繪制出人馬座 A *周圍某顆恒星的預(yù)期軌道，當(dāng)那里存在蟲洞，且蟲洞另一側(cè)又有一顆恒星時(shí)，你應(yīng)該就會看到恒星出現(xiàn)偏離軌道的情況。”

　　他還指出，目前的觀測技術(shù)還不夠靈敏，無法進(jìn)行這樣的探測。但在未來的 10 年或 20 年里，隨著儀器設(shè)備的進(jìn)步，以及對合適的目標(biāo)恒星(如環(huán)繞人馬座A*的 S2)進(jìn)行長期監(jiān)測，我們或許就能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　當(dāng)然，我們還不能太過激動。即使未來天文學(xué)家能進(jìn)行這樣的探測，也不一定就能得到確定的結(jié)果。“當(dāng)我們達(dá)到觀測所需的精度時(shí)，如果檢測到了 S2 恒星軌道的擾動，那我們可能會說，蟲洞是可能性最高的解釋，”斯托伊科維奇說，“但是，我們還不能說這絕對是一個(gè)蟲洞?？赡苡衅渌慕忉?，或許蟲洞這一側(cè)有其他東西干擾了這顆恒星的運(yùn)動。”

　　斯托伊科維奇還表示，對于太空探索而言，前景并沒有我們想象的那么樂觀：蟲洞旅行很可能在很長一段時(shí)間內(nèi)只是一個(gè)科幻夢想。“即使蟲洞可以穿越，人類和宇宙飛船也很可能無法通過，”他說，“實(shí)際上，你需要一個(gè)負(fù)能量來源來保持蟲洞的打開狀態(tài)。我們不知道該怎么做。要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)巨大的穩(wěn)定蟲洞，你可能需要一些魔法。”

　　這項(xiàng)新研究的第一作者是中國揚(yáng)州大學(xué)的戴德昌教授，他和斯托伊科維奇的這篇論文發(fā)表在本月早些時(shí)候的《物理評論D》(Physical Review D)雜志上。

　　什么是蟲洞理論?

　　蟲洞可能具有兩個(gè)開口，由一個(gè)通道連接。開口很可能是球狀的，而通道可能是一條直線，但也可能彎彎繞繞，比常規(guī)路徑更長

　　蟲洞理論假設(shè)，存在一個(gè)理論上的時(shí)空通道，可以為穿越宇宙的長途旅行創(chuàng)造捷徑。蟲洞由愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言，又稱愛因斯坦-羅森橋。不過需要小心的是，在穿越蟲洞時(shí)也可能遭遇突然崩塌、高劑量輻射和有害外來物質(zhì)的危險(xiǎn)。

　　蟲洞理論最早于 1916 年提出，但當(dāng)時(shí)還不叫這個(gè)名稱。奧地利物理學(xué)家路德維希·弗萊姆(Ludwig Flamm)回顧了另一位物理學(xué)家對愛因斯坦廣義相對論中方程組的解，意識到還有另一種可能。他描述了一種“白洞”——理論上與黑洞的時(shí)間反轉(zhuǎn)。黑洞和白洞的入口都可以通過時(shí)空通道連接。

　　1935 年，愛因斯坦和物理學(xué)家納森·羅森(Nathan Rosen)利用廣義相對論詳細(xì)闡述了這一觀點(diǎn)，提出時(shí)空中存在某種“橋梁”。這些橋梁連接著時(shí)空中兩個(gè)不同的點(diǎn)，理論上創(chuàng)造了一條可以縮短旅行時(shí)間和距離的捷徑。這些捷徑后來被稱為“愛因斯坦-羅森橋”或“蟲洞”。

　　“在這一點(diǎn)上，整個(gè)理論都只是假設(shè)，”美國俄勒岡大學(xué)的理論物理學(xué)教授 Stephen Hsu 說，“我們不可能很快就找到蟲洞。”蟲洞可能具有兩個(gè)開口，由一個(gè)通道連接。開口很可能是球狀的，而通道可能是一條直線，但也可能彎彎繞繞，比常規(guī)路徑更長。

　　愛因斯坦的廣義相對論從數(shù)學(xué)上預(yù)測了蟲洞的存在，但迄今為止還沒有發(fā)現(xiàn)蟲洞。有科學(xué)家認(rèn)為，我們或許可以通過觀察經(jīng)過蟲洞的光線所受到的引力影響，來發(fā)現(xiàn)一個(gè)負(fù)質(zhì)量的蟲洞。在廣義相對論的某些解中，蟲洞不僅可以存在，而且每個(gè)蟲洞的開口都是一個(gè)黑洞。然而，自然形成的黑洞由垂死的恒星坍縮而成，其本身并不產(chǎn)生蟲洞。

　　穿越蟲洞

　　科幻小說中充滿了穿越蟲洞的故事。但是，蟲洞旅行的實(shí)際情況可能要復(fù)雜得多，這不僅僅是因?yàn)槲覀冞€沒有發(fā)現(xiàn)蟲洞。

　　第一個(gè)問題是蟲洞的規(guī)模。據(jù)預(yù)測，原始蟲洞可以在微小的尺度上存在，大約 10 到 33 厘米。然而，隨著宇宙的膨脹，有一些蟲洞可能被拉伸到更大的尺寸。另一個(gè)問題是穩(wěn)定性。預(yù)測中的愛因斯坦-羅森蟲洞會很快坍塌，因此對星際旅行毫無用處。

　　“我們需要一些非常特別的物質(zhì)來穩(wěn)定蟲洞，”Stephen Hsu 說，“但現(xiàn)在還不清楚宇宙中是否存在這樣的物質(zhì)。”

　　不過，近年的研究發(fā)現(xiàn)，含有“外來”物質(zhì)的蟲洞可能保持開啟和不變的時(shí)間更長。這里所說的“外來”物質(zhì)不應(yīng)與暗物質(zhì)或反物質(zhì)相混淆，它們具有負(fù)能量密度和大的負(fù)壓。這種物質(zhì)只在某些真空態(tài)的行為中被視為量子場論的一部分。

　　如果一個(gè)蟲洞包含了足夠的外來物質(zhì)(無論是自然產(chǎn)生的還是人工添加的)，理論上都可以作為發(fā)送信息或太空旅行的方式。不幸的是，人類在這種時(shí)空隧道中的旅行很可能面臨巨大的挑戰(zhàn)。“現(xiàn)在還沒有定論，所以我們并不知道，”研究相對論、黑洞和蟲洞的著名物理學(xué)家基普·索恩(Kip Thorne)說，“但有很強(qiáng)的跡象表明，可以讓人類通過的蟲洞在物理定律上是不可能的。這很悲劇，很不幸，但這就是事情的發(fā)展方向。”

　　蟲洞不僅可能連接宇宙中兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，還可能連接兩個(gè)不同的宇宙。一些科學(xué)家猜想，如果蟲洞的一個(gè)開口以特定的方式移動，那或許能讓時(shí)間旅行成為可能。

　　“你可以通過可穿越的蟲洞進(jìn)入未來或過去，”天體物理學(xué)家埃里克·戴維斯(Eric Davis)說，“但這并不容易，把蟲洞變成時(shí)間機(jī)器需要付出巨大的努力。要弄出一個(gè)蟲洞本來就夠難的。”

　　然而，已故的英國宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金認(rèn)為，這種利用蟲洞的方式是不可能的。美國宇航局的埃里克·克里斯蒂安則寫道：“蟲洞并不是回到過去的一種方式，而是一條近路，使那些遙遠(yuǎn)的東西變得離我們更近。”

　　盡管在蟲洞中加入外來物質(zhì)可能會使其變得穩(wěn)定，直到人類可以安全通過的程度，但也有另一種可能是，加入“常規(guī)”物質(zhì)會破壞入口的穩(wěn)定。即使能找到蟲洞，今天的技術(shù)也不足以使其擴(kuò)大或穩(wěn)定。當(dāng)然，科學(xué)家將繼續(xù)探索這一概念，希望終有一天能利用其作為太空旅行的一種方式。“你需要一些超級先進(jìn)的技術(shù)，”Stephen Hsu 說，“在很長一段時(shí)間內(nèi)，人類都無法做到這些。”
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