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我们可以利用虫洞实现星际航行,只是需要能量十分巨大


有理论指出可以利用虫洞实现星际航行,甚至于穿越时空。要实现这么牛的技术需要什么样的条件多少能量请往下看。

爱因斯坦-罗森桥

在广义相对论场方程的计算中会出现奇点,但爱因斯坦很不喜欢奇点,在中年以后还希望用坐标变换的方式去掉奇点。这项工作是爱因斯坦和罗森一起完成的,从图形上看,确实奇点消失了,变成了负无穷到正无穷的“桥梁”。

但这仅仅是数学处理上的技巧,爱因斯坦本意是想借此描述粒子物理。由于粒子物理的基本理论还没建立,所以当时即便是再厉害的角色也没法统一引力和粒子。

这项工作引起了很多人的兴趣,比如研究能否穿越时空呢?实际上是不能完成穿越时空的动作的,物质掉入爱因斯坦-罗森桥后会和掉入黑洞的效果差不多。


虫洞的第一次提出:尺寸非常小

约翰·惠勒是第一个提出虫洞概念的,惠勒也是第一个提出黑洞的人。这个人对“洞”很有感觉。惠勒第一次描述的虫洞只有普朗克尺度大小。在这个尺寸下,空间的拓扑会发生变化。

普朗克尺度是10^(-34)米的尺寸,实际物理测量中只有测到10^(-14)m,物理理论可以描述的尺寸也到不了这么小。

空间的拓扑是一个几何概念,机箱和篮球是拓扑等价的,但是和带把的杯子就不等价,因为杯子多了一个孔。在普朗克尺度下的时空拓扑改变并没有理论描述,也没有实验验证,并且因为尺寸太小也无法完成物体的时空穿越。


可穿越虫洞的现实意义

索恩的虫洞确实不符合物理现实,违反了所有场方程的能量条件,只有负能量物质出现才可以存在。负能量物质的意思是比空无一物的真空物质还少,这个说法不但物理上不现实,语法上都不正确。

但卡西米尔效应后来证实了确实存在负能量物质,但是非常弱。

索恩的研究生,同时后来也是霍金的研究生佩奇看到了索恩的虫洞后就发现,利用霍金的全局方法处理索恩的虫洞就能得到更好的结果,这个结果和度规的选择无关。最终得到结论:宇宙中不存在这样的虫洞,除非有负能量物质。


要穿越时空,需要大量负能量物质

要撑开1cm直径的虫洞,需要地球质量的负能量,要撑开1公里直径的虫洞需要一个太阳质量的负能量物质。超撑开1光年直径的虫洞,需要的负能物质的总量是银河系所有发光物质的100倍才行。

因为物质接近负能量物质时会被撕裂,所以要穿越时空,必须要求负能量物质组成的虫洞足够大,半径为1光年的虫洞才能保证原子不撕裂。


什么叫负能量物质呢?在物理中能量的零点是用真空来定义的,相对于真空,任何其他状态都具有正能量,物质越多,能量就越高,物质越少能量就越低,所以负能量作为比真空零点能还低的能量,就意味着比空无一物的真空具有的物质更少。

因为虫洞物质都是负能量的,所以物质接近的时候会被往外膨胀、撕扯。像1公里直径的虫洞撕扯物质的力量撕人那就太简单了,连原子都无法维持现状,经过大致估算,只有虫洞半径至少大约一光年,原子才能不被破坏,但这也仅仅是原子不被破坏,我们炼钢、烧锅炉、引爆炸弹,这些虽然足可以把人杀死,但也不会破坏原子的。所以如果真要说人不被撕碎的虫洞,估计虫洞的半径至少100光年了,那需要的负能物质就更多到没边了。



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