物理学家手把手教你造虫洞

每个人都想要一个虫洞。我是说,如果你能“嗖”一下钻进邻近的一个虫洞开口,抄近道到达宇宙某个遥远的异域角落,谁又愿意浪费上万年的时间,选一条又臭又长的路径穿越宇宙只为抵达又一颗无聊透顶的星球呢?

不过这有一个小小的技术难题:虫洞——也就是时间空间极度弯曲所形成的一个捷径通道——是灾难性的不稳定的。也就是说,在你将仅仅一个光子送入虫洞的一刹那,它就会以比光速还要快的速度坍塌。

但是7月29日发表在预印本杂志《arXiv》上的一篇论文发现了打造一个近乎稳定的虫洞的方法,虽然它也会坍塌,但是坍塌的速度很慢,在它彻底消失前足够将信息传送出去,甚至还有可能进行物体传送。你所需要准备的只有几个黑洞还有几根无限长的宇宙弦。

小菜一碟嘛。

虫洞问题

原则上,建造一个虫洞相当简单。根据爱因斯坦的广义相对论,质量和能量能够弯曲时空的结构。而一种特定结构的物质和能量可以形成一个通道,也就是宇宙中相距十分遥远的两个部分之间的一条近道。

不幸的是,即便是纸上谈兵,这些虫洞也是极度不稳定的。纵然只有一颗光子穿过虫洞就能引发灾难性的后果,将虫洞彻底撕裂。但是,一个健康剂量的负质量能够抵消掉正常物质试着穿过虫洞产生的减稳影响,使虫洞变得可以穿越。

可是,有着负质量的物质并不存在,我们还需要一个新法子。

我们先从虫洞本身下手。我们需要一个入口还有一个出口。理论上可以连接一个黑洞(宇宙中进来了就别想走的地方)和一个白洞(宇宙中理论上谁也进不去的地方)。当这俩奇怪的洞合二为一的时候,它们就形成了一个全新的东西:虫洞。然后你就能从任意一端进入虫洞,再毫发无伤的从另外一端出来,不用担心自己会被挤压成虚无。

对了,白洞也不存在。哥们儿,这下有点棘手了哈。

给它充电

既然白洞不存在,我们需要一个新计划。谢天谢地,一些聪明的数学揭示了一个可行的答案:一个带电的黑洞。黑洞能携带一种电荷(由于它们自然形成的方式,这种情况并不常见,但是我们也不挑剔)。带电黑洞的内部是一个奇怪的地方,黑洞正常的奇点被拉伸并扭曲,使它变成一座桥梁连接另外一个电荷相反的带电黑洞。

瞅瞅:虫洞有啦,而且用的是或许真正存在的唯一一样东西。

但是这个通过带电黑洞形成的虫洞有两个问题。首先,它还是不稳定,如果有东西或者有人真的想用它,它就完犊子了。其次,两个极性相反的带电黑洞会被彼此吸引——在引力和电力的共同作用下——如果两个撞在了一起,你就得到了一个没电荷的无用大黑洞。

宇宙弦来助阵

所以,为了让一切都奏效,我们需要确保两个带电黑洞安分守己的远离彼此,同时还要确保虫洞的通道能够稳定开放。一个可行的解决方案是:宇宙弦。

宇宙弦是时空结构中的理论缺陷,类似于冰冻结时形成的裂纹。这些宇宙残留物是在大爆炸后的最初几分之一秒形成的。它们绝对算得上奇异物体,宽度不及一个光子,但是仅仅一英寸的宇宙弦就比喜马拉雅山还要重。你绝对不会想遇见它们,因为它们会像一把宇宙光剑一样轻松把你切成两段,但是你也不必太担心,我们还不确定它们是否真的存在,而且也没有在宇宙中见过它们。

不过,也没有它们不存在的理由,所以它们还没出局。

当涉及虫洞时,它们还有另外一个非常有用的物质:巨大的拉力。换句话说,它们真的不喜欢被随意摆布。如果你用一根宇宙弦穿过虫洞,然后让宇宙弦穿过黑洞的外边缘,然后将宇宙弦的两端一直拉伸到无限长,那么这根弦的张力就能防止两个带电黑洞被彼此吸引。本质上说,这根宇宙弦的两个远端就像是两支拔河队伍一样,将两个黑洞扯离彼此。

稳定颤动

一条宇宙弦能解决一个难题(维持开口的开放),但是它不能防止使用时虫洞本身发生坍塌。所以,我们再弄一根宇宙弦,也把它穿过虫洞,但同时也要穿过两个黑洞之间的正常空间形成一个闭环。

但当宇宙弦合成一个闭环后,它就会颤动——而且很频繁。这些震动会剧烈搅动它们周围的时空结构,而当被正确调整后,便可以利用这些震动将它们邻近的空间力量转成负能量,实际上就像虫洞中的负质量一样,有可能稳定虫洞。

看起来似乎有点复杂,但是在最近的论文中,一支理论物理学家团队就给出了建造如此一个虫洞的分步说明。这不是一个完美的解决方案:最终宇宙弦中固有的震动(也是或许能维系虫洞开放的同一种震动),会带走宇宙弦中的能量还有质量,使得宇宙弦越来越短,质量也越来越小。简单说,随着时间的推移,这些宇宙弦会慢慢的把自己抖没了,虫洞的完全坍塌也是迟早的事。但是这种东拼西凑组装出来的虫洞能够稳定足够久的时间,允许信息甚至是物体穿过通道而不会消亡,这很nice。

但是首先我们还是得先找几根宇宙弦。

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