穿越时空的可行捷径:虫洞终有可能是稳定的

在一项新研究中 , 科学家出的新理论反驳了先前关于虫洞会迅速崩塌的预测 。这个大胆的新理论认为 , 虫洞——或者说黑洞之间的通道——最终有可能是稳定的 。
虫洞又称爱因斯坦-罗森桥 , 是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄通道 。先前的理论预测 , 这些假想的时空“捷径”是转瞬即逝的 , 会迅速坍塌 。
在新研究中之所以出现如此截然不同的结局 , 要归结于用来描述虫洞的相对论数学的微小差异 , 最终戏剧性地改变了我们对虫洞的整体认识 。
一切与度规有关
首先 , 让我们来了解一些关于广义相对论如何发挥作用的背景知识 。相对论就像一台机器 。当你把某些物体——比如一组混乱或规则分布的粒子——放进去时 , 机器就会显示出这些物体在引力作用下的变化 。
广义相对论中的一切都是以空间和时间的运动为基础的:物体从特定的物理坐标开始 , 四处移动 , 最后到达其他坐标 。
尽管广义相对论的规则是固定的 , 但该理论本身供了很大的自由度 , 让我们能用数学方法描述这些坐标 。物理学家称这些不同的描述为“度规”(metrics) 。
你可以将度规想象成描述去某个地方赴宴的不同方法 , 可能是根据街道方向 , 或基于卫星的经纬度 , 或是写在餐巾纸上的地标 。在每种情况下 , 你的度规都是不同的 , 但无论你选择哪一种度规 , 你最终都会饱餐一顿 。
同样 , 物理学家可以用不同的度规来描述相同的情况 , 有时一种度规比另一种更加实用——类似于你出发时先确定街道方向 , 再切换到餐巾纸 , 以再次检查你是否到达正确的地标 。
扩展的黑洞
当我们谈到黑洞和虫洞时 , 就会涉及一些潜在的度规 。最广为人知的是史瓦西度规 , 这是第一个可以用来表征黑洞的广义相对论精确解(即史瓦西黑洞) 。
然而 , 史瓦西度规包含一些古怪的数学函数 , 在与黑洞相距一定距离 , 即我们今天所知的史瓦西半径或事件视界时 , 它就不那么好用了 。
这里的“不那么好用” , 指的是史瓦西度规完全崩溃了 , 它不再能区分空间和时间上的不同点 。
不过 , 我们还有另一个度规 , 称为爱丁顿-芬克斯坦度规 , 描述了粒子到达事件视界时发生的事情:它们直接穿过并坠入黑洞 , 从此便消失不见 。
那么 , 这一切与虫洞有什么关系呢?构建虫洞最简单的方法是“扩展”黑洞的镜像概念 , 即白洞 。
这个想法最初是由阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森出的 , 因此虫洞有时被称为“爱因斯坦-罗森桥” 。黑洞不会让任何东西出来 , 而白洞则不会让任何东西进去 。
要制造一个虫洞 , 你只需要一个黑洞和一个白洞 , 将它们的奇点(位于中心处具有无限大密度的点)结合起来 。
于是 , 一个穿越时空的隧道就创造了出来 。
然而 , 这条隧道似乎完全“走不通” 。
狭窄的路径
如果存在一个理论上的虫洞 , 那我们完全有理由去问 , 穿过这个虫洞时会发生什么?这时广义相对论就要发挥作用了:在这种(非常有趣的)情况下 , 粒子是如何运动的?答案可能会令人不寒而栗 。


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