創造蟲洞需要什麼條件?物理學家給出了“詳細名單”
據國外媒體報導,近日發表在預印網站arXiv上的一篇論文指出,我們也許有辦法打造一個近乎穩定的蟲洞。蟲洞聽上去就很吸引人,畢竟按正常方法、我們要耗時數万年才能抵達另一顆恆星,但有了蟲洞,我們就可以走捷徑,瞬間到達宇宙的另一端。然而這裡存在一個技術型難題:作為一種時空的扭曲現象,蟲洞可以說極為不穩定。你只要從一端放進一個光子,蟲洞就會以比光速還要快的速度坍縮。
黑洞資料圖(來自:ESO / Event Horizon Telescope)
但這篇新發表的論文指出,我們只需要幾個黑洞、和幾條無限長的宇宙弦,就可以打造出一個相當穩定的蟲洞了。這種蟲洞儘管也會坍縮,但速度很慢,足以在徹底坍縮之前實現信息、甚至物體的傳送。
蟲洞問題
從理論上來說,創造蟲洞的方法相當簡單明了。根據愛因斯坦的廣義相對論,質量和能量可以使時空發生扭曲。只要找准質量和能量的值,就可以在宇宙的不同部分之間形成一條隧道、或者說一條捷徑。
然而,即使是紙上談兵,這些模擬出的蟲洞也極不穩定。哪怕一個小小的光子從中穿過,都會引發災難性的坍縮反應,使整個蟲洞分崩離析。不過,適當的“負質量”可以抵消常規物質穿過蟲洞時的不穩定效應,讓蟲洞可以被成功穿越。
不過,擁有負質量的物質並不存在,所以這條路行不通。
讓我們從蟲洞本身著手試一試。蟲洞需要有一個入口和一個出口。從理論上來說,我們可以將一個黑洞(任何物質均無法從中逃脫)和一個白洞(任何物質均無法進入其中)聯結在一起,從而構成一個蟲洞。你可以從這條隧道的任意一端跳進去,然後毫髮無損地從另一頭出來。
但問題是,白洞也不存在,這樣事情就更難辦了。
給黑洞充電
既然白洞也不存在,我們還得想一套新方案。幸運的是,科學家通過精妙計算給出了一個可能的答案:給黑洞充電。黑洞可以攜帶電荷(雖然並不常見,但有就不錯了),且這種黑洞的內部結構十分奇妙:正常黑洞的奇點為點狀,但帶電荷的黑洞的奇點則被拉長和扭曲了,因而可以與另一個帶相反電荷的黑洞相連。這樣一來,我們就得到了一個蟲洞,並且所需“材料”是有可能真實存在的。
但這種由帶電黑洞形成的蟲洞存在兩個問題。首先,它仍然不穩定,假如有某個東西、或者某個人試圖穿越,它就會分崩離析。其次,兩個帶相反電荷的黑洞會受引力和電場力的雙重吸引,一旦它們相遇,電荷就會中和,變成一整個大而無用的黑洞。
拉一張“宇宙弓”
因此,我們需要確保這兩個帶電黑洞之間離得足夠遠,還要確保整個蟲洞隧道能夠支撐住自己。而宇宙弦或許可以實現這一點。
宇宙弦是一種假設性的、存在於時空紋理之上的裂隙,有點像水凍結成冰時產生的裂紋。它們是宇宙大爆炸剛剛發生時產生的遺留物,有著十分奇異的性質,直徑不超過一個光子,但僅僅一英寸長的質量就超過了珠穆朗瑪峰。它們就像一把激光劍,可以輕輕鬆松把你割成兩半。但用不著擔心,因為我們還不確定宇宙弦是否真的存在,也從未在宇宙中觀測到過它們。
不過話說回來,宇宙弦也沒有理由不存在,所以我們還是有機會的。
就蟲洞而言,宇宙弦還有一個非常有用的性質:它們的張力極大。換句話說,宇宙弦不容易被擠壓到一起。假如將一根宇宙弦從蟲洞中穿過、從兩個黑洞外側穿出,並將兩段拉伸到無限長,弦的張力就會阻止兩個黑洞互相吸引靠近。簡而言之,這根宇宙弦的兩端就像參加拔河比賽的兩組對手一樣,把兩個黑洞拉得遠遠的。
撫平震顫
單獨一根宇宙弦可以解決讓蟲洞兩頭保持開放的問題,但無法阻止蟲洞自身發生坍縮。因此我們還要再加入一根宇宙弦,同樣讓它穿過蟲洞,但從蟲洞兩端穿出後,則需要將其往迴繞、在兩個黑洞之間的普通空間中構成一個環形。一旦宇宙弦形成了一個閉環,就會發生劇烈震盪,使周圍的時空紋理產生擾動。調試得當後,這種振動就會使周圍空間中的能量變為負能量,在蟲洞內部發揮負質量的作用,或許可以使蟲洞穩定下來。
聽上去可能有些複雜,但在最近發表的那篇論文中,理論物理學家給出了創造蟲洞的“逐步說明”。當然,這種方法還不算完美,因為宇宙弦本身的振動會導致弦中的能量越來越少,因此質量也會不斷減小、直至消失。宇宙弦一旦消失,蟲洞也就堅持不了多久了。但這樣的蟲洞也許能在相當長的一段時間內保持穩定,足夠讓信息、甚至物體完好無損地從中穿過。
不過嘛,我們得先找到一些宇宙弦才行。