科学家们一直在努力寻找一种理论描述宇宙整体的机制。目前,研究人员有两种迥然不同的理论,量子理论和广义相对论,它们分别从最小规模和最大规模解释了宇宙。目前存在好几种相互竞争的理论试图调和两者。
爱因斯坦提出的广义相对论的预测之一便是虫洞,官方名字为爱因斯坦-罗森桥(Einstein-Rosen Bridges)。原则上来说,这些时空织布里的弯曲的工作原理类似于连接宇宙中任何黑洞的捷径,这使得它成为科幻小说中常见的主题。
爱因斯坦提出的广义相对论的预测之一便是虫洞,官方名字为爱因斯坦-罗森桥(Einstein-Rosen Bridges)。原则上来说,这些时空织布里的弯曲的工作原理类似于连接宇宙中任何黑洞的捷径,这使得它成为科幻小说中常见的主题。
有趣的是,量子理论里也有一个能够连接无论相隔多远的物体,类似电子,的现象——量子纠缠。“这种连接是真实存在的,即使电子相隔几光年远,”美国纽约州立大学石溪分校的理论物理学家克里斯坦·詹森(Kristan Jensen)这样说道。爱因斯坦曾嘲笑的将这种看似不可能的连接称为幽灵般的超距作用。然而,无数实验证明了量子纠缠是真实的,它可能是未来先进科技的奠基石,例如不可思议的强大量子计算机和几乎无法破解的量子加密。
“纠缠是量子力学里最怪异但最重要的特征之一,” 詹森说道。如果纠缠真的与虫洞相结合,这或可帮助从宏观和微观的角度调和量子理论和广义相对论。
量子纠缠和虫洞
近期,美国普林斯顿高等研究院胡安·马丁·马尔达塞纳(Juan Martín Maldacena)和斯坦福大学的莱昂纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)教授辩论称虫洞是与纠缠相联系的。尤其值得一提是,他们认为虫洞是每一对相互纠缠的黑洞。
“纠缠是量子力学里最怪异但最重要的特征之一,” 詹森说道。如果纠缠真的与虫洞相结合,这或可帮助从宏观和微观的角度调和量子理论和广义相对论。
量子纠缠和虫洞
近期,美国普林斯顿高等研究院胡安·马丁·马尔达塞纳(Juan Martín Maldacena)和斯坦福大学的莱昂纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)教授辩论称虫洞是与纠缠相联系的。尤其值得一提是,他们认为虫洞是每一对相互纠缠的黑洞。
相互纠缠的黑洞的产生有好几种方式。例如,一对黑洞理论上来说可以同时产生,然后自动相互纠缠。或者黑洞释放的能量被捕获然后坍塌形成黑洞,产生的黑洞将与之前提供“营养成分”的黑洞相互纠缠。
马尔达塞纳和萨斯坎德并未直接表明虫洞与黑洞纠缠,但他们辩论称纠缠一般都与虫洞相联系。他们推测纠缠的粒子,例如电子和质子,是与极其小的虫洞相连。咋一看这一观点听起来非常荒谬,例如,即使引力并不在其中起任何作用,纠缠现象仍存在。
马尔达塞纳和萨斯坎德并未直接表明虫洞与黑洞纠缠,但他们辩论称纠缠一般都与虫洞相联系。他们推测纠缠的粒子,例如电子和质子,是与极其小的虫洞相连。咋一看这一观点听起来非常荒谬,例如,即使引力并不在其中起任何作用,纠缠现象仍存在。
目前,两支独立的研究小组表明纠缠可能的确与虫洞有关。如果这一连接被证实是正确的,那么它或可以帮助建立连接量子力学和广义相对论的桥梁,潜在的帮助更好的理解这两个理论。
全息图和虫洞
全息图和虫洞
詹森和他的同事、美国西雅图华盛顿大学的理论物理学家安德里亚斯·卡尔(Andreas Karch)调查了成对的纠缠粒子在超对称理论里的行为,结果表明所有已知的亚原子粒子都有尚未被观测到的“超级对称”粒子。这一理论的提出有利于帮助结合量子力学和相对论。
这一理论的观点之一便是如果一个人想象只存在于三维的特定量子力学系统,它们的行为只能通过四维——也就是广义相对论描述的宇宙所拥有的四维,也即三维的空间和第四维的时间——的物体所解释。这一概念可能来自于名为全息图的现实,后者其实具有更少维度,类似于两维的全息图能够产生三维的错觉。
这一理论的观点之一便是如果一个人想象只存在于三维的特定量子力学系统,它们的行为只能通过四维——也就是广义相对论描述的宇宙所拥有的四维,也即三维的空间和第四维的时间——的物体所解释。这一概念可能来自于名为全息图的现实,后者其实具有更少维度,类似于两维的全息图能够产生三维的错觉。
詹森和卡尔发现,如过一个人想象宇宙四维里的一对纠缠,它们的行为和拥有额外第五维的宇宙里的虫洞是一样的。更重要的是,他们发现纠缠和虫洞可能是同一个东西。“成对纠缠是一个拥有虫洞的系统的全息图像。” 詹森说道。美国麻省理工学院理论物理学家朱利安·松纳(Julian Sonner)进行的另外一项独立研究支持了这一发现。
“总有一些发现会让科学家们激动的心跳加快,我认为这项发现便是其中之一,”詹森说道。“真正令人兴奋的是,可能受到这些结果的启发,我们能够更好地理解量子纠缠和时空之间的关系。”科学家们将这项发现发表在11月20日的期刊《物理评论快报》上。
黑洞或为虫洞 是通往另一个世界的入口(图)
2013年05月22日 来源:凤凰科技 作者:严炎刘星
虫洞提供前往其它世界的入口。
凤凰科技讯 北京时间5月22日消息,新科学家报道,根据一项最新的研究,科学家认为的黑洞天体很可能是产生其他宇宙的虫洞。如果事实的确如此,那么它将帮助揭开一个名为黑洞信息悖论的量子谜题,但批评家认为它也可能引发新的问题,例如虫洞最初是如何形成的。
“总有一些发现会让科学家们激动的心跳加快,我认为这项发现便是其中之一,”詹森说道。“真正令人兴奋的是,可能受到这些结果的启发,我们能够更好地理解量子纠缠和时空之间的关系。”科学家们将这项发现发表在11月20日的期刊《物理评论快报》上。
黑洞或为虫洞 是通往另一个世界的入口(图)
2013年05月22日 来源:凤凰科技 作者:严炎刘星
虫洞提供前往其它世界的入口。
凤凰科技讯 北京时间5月22日消息,新科学家报道,根据一项最新的研究,科学家认为的黑洞天体很可能是产生其他宇宙的虫洞。如果事实的确如此,那么它将帮助揭开一个名为黑洞信息悖论的量子谜题,但批评家认为它也可能引发新的问题,例如虫洞最初是如何形成的。
黑洞是内部具有强大引力场的天体,这样强大的引力使得即使是光也无法逃逸。爱因斯坦的广义相对论认为当物质被挤压成非常小的空间时就会形成黑洞。尽管黑洞无法被直接观测到,但天文学家已经鉴别了很多很可能是黑洞的天体,主要是基于对环绕在其周围的物质的观测。
法国高等科学研究所的天体物理学家蒂博·达穆尔(Thibault Damour)和德国不莱梅国际大学的谢尔盖·索罗杜金(Sergey Solodukhin)认为这些黑洞天体可能是名为虫洞的结构。
法国高等科学研究所的天体物理学家蒂博·达穆尔(Thibault Damour)和德国不莱梅国际大学的谢尔盖·索罗杜金(Sergey Solodukhin)认为这些黑洞天体可能是名为虫洞的结构。
虫洞是连接时空织布中两个不同地方的弯曲通道。如果你将宇宙想象为二维的纸张,虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的“喉咙”通道。在这种情况下,另一张纸片可能是另一个单独的宇宙,拥有自己的恒星、星系和行星。达穆尔和索罗杜金研究了虫洞可能的情形,并惊讶的发现它如此类似于黑洞以至于几乎无法区分两者之间的差别。
霍金辐射
霍金辐射
物质环绕虫洞旋转的方式与环绕黑洞是一样的,因为两者扭曲环绕它们的时空的方式是相同的。有人提出利用霍金辐射来区分两者,霍金辐射是指来自黑洞的光和粒子辐射,它们具有能量光谱的特性。但是这种辐射非常微弱以至于它可能被其他源完全湮没,例如宇宙大爆炸后残余的宇宙微波背景辐射,因此观测霍金辐射几乎是不可能的。
另一个可能存在的不同便是,虫洞可能没有黑洞所具有的视界。这意味着物质可以进入虫洞,也可以再次出来。实际上,理论家称有一类虫洞会自我包裹,因此并不会产生另一个宇宙的入口,而是返回到自身的入口。
另一个可能存在的不同便是,虫洞可能没有黑洞所具有的视界。这意味着物质可以进入虫洞,也可以再次出来。实际上,理论家称有一类虫洞会自我包裹,因此并不会产生另一个宇宙的入口,而是返回到自身的入口。
勇敢者的游戏
即便如此,这也没有一个简单的测试方法。由于虫洞的具体的形状不同,物质跌入虫洞之后可能要花费数十亿年之后才能从里面出来。即使虫洞的形状非常完美,宇宙最古老的虫洞目前也尚未“吐出”任何物质。
即便如此,这也没有一个简单的测试方法。由于虫洞的具体的形状不同,物质跌入虫洞之后可能要花费数十亿年之后才能从里面出来。即使虫洞的形状非常完美,宇宙最古老的虫洞目前也尚未“吐出”任何物质。
看起来似乎只有一条探寻天文学黑洞的途径,那就是勇敢的纵身一跃。这绝对是一个勇敢者的危险游戏,因为如果跳入的是一个黑洞,其强大的重力场将会撕裂我们身体的每一个原子;即便幸运的进入了一个虫洞,内部强大的引力仍然是致命的。
假设你能幸存下来,而虫洞恰好是不对称的,你会发现自己处在另一个宇宙的另一边。还没等你看清楚,这个虫洞也许又把你吸回到所出发的宇宙入口了。
悠悠球运动
假设你能幸存下来,而虫洞恰好是不对称的,你会发现自己处在另一个宇宙的另一边。还没等你看清楚,这个虫洞也许又把你吸回到所出发的宇宙入口了。
悠悠球运动
“太空船也能做这样的悠悠球运动,” 达穆尔说道,“(但是)如果使用自己的燃料,你就能从虫洞的引力中逃逸”,然后探索另一边的宇宙。
不过在宇宙这一边的朋友也许得等上数十亿年才能再次见到你,因为在虫洞里的穿行时间将会非常漫长。这样的延迟使得在虫洞两边的有效通讯变得几乎不可能。如果能够发现或者构建微观虫洞,这种延迟可能短至几秒钟时间,索罗杜金这样说道,这潜在的支持了双边通讯。
不过在宇宙这一边的朋友也许得等上数十亿年才能再次见到你,因为在虫洞里的穿行时间将会非常漫长。这样的延迟使得在虫洞两边的有效通讯变得几乎不可能。如果能够发现或者构建微观虫洞,这种延迟可能短至几秒钟时间,索罗杜金这样说道,这潜在的支持了双边通讯。
研究黑洞形成和虫洞特性的美国俄勒冈大学尤金分校的斯蒂芬·许(Stephen Hsu),也认为利用观测区分黑洞和虫洞之间差别几乎是不可能的,至少利用目前的科技是不可能实现的。
外来物质
外来物质
“黑洞最重要的特性就是落入黑洞的物体“有去无回”的临界点,而对此我们目前还无法进行测试。” 斯蒂芬说道。但目前被认为是黑洞的天体也可能的确是黑洞而非虫洞,这种情况也并非不可能。目前存在不少关于黑洞形成的可行情景,例如大质量恒星的坍塌,但有关虫洞是如何形成的则仍是未知数。
虫洞可能与宏观的黑洞有所不同,它需要一些外来的物质保持自身稳定,而这种外来物质是否真实存在又是个未知数。
虫洞可能与宏观的黑洞有所不同,它需要一些外来的物质保持自身稳定,而这种外来物质是否真实存在又是个未知数。
索罗杜金认为虫洞的形成方式可能与黑洞相差无几,例如都来自于坍塌的恒星。在这种情境下,物理学家一般认为会产生黑洞,但索罗杜金认为量子效应可能会阻止坍缩形成黑洞的过程,转而形成了虫洞。
微观黑洞
微观黑洞
索罗杜金称这一机制在更完整的物理学理论下将不可避免,后者统一了重力和量子力学的理论,它是物理学界长久以来的梦想和目标。如果这一理论是正确的,那么以往我们认为会形成黑洞的地方,就可能会形成虫洞。
而这一猜想并不是没有方法对其进行测试,有的物理学家认为未来的粒子加速器实验将能够产生微观黑洞。这种微观黑洞有可能放射出可以计算的霍金辐射,以证明产生的是黑洞而非虫洞。但是如果索罗杜金猜想的是正确的话,那么形成的会是一个微观虫洞,因此将不会产生任何辐射。“通过这样简单的测试就能辨别产生的是黑洞还是虫洞。”
虫洞的另一个优点在于能够解决所谓的黑洞信息悖论。黑洞唯一能够释放出的就是霍金辐射,但这些霍金辐射将如何携带最初落入黑洞天体的原始信息,目前还尚不清楚。这种混乱效应与量子力学相冲突,后者禁止这种信息的丢失。
“从理论上来说,虫洞要比黑洞好的多,因此它不会发生信息丢失。” 索罗杜金说道。由于虫洞没有视界,物体无需转化成霍金辐射就能自动离开虫洞,因此也就不存在信息丢失的问题。
而这一猜想并不是没有方法对其进行测试,有的物理学家认为未来的粒子加速器实验将能够产生微观黑洞。这种微观黑洞有可能放射出可以计算的霍金辐射,以证明产生的是黑洞而非虫洞。但是如果索罗杜金猜想的是正确的话,那么形成的会是一个微观虫洞,因此将不会产生任何辐射。“通过这样简单的测试就能辨别产生的是黑洞还是虫洞。”
虫洞的另一个优点在于能够解决所谓的黑洞信息悖论。黑洞唯一能够释放出的就是霍金辐射,但这些霍金辐射将如何携带最初落入黑洞天体的原始信息,目前还尚不清楚。这种混乱效应与量子力学相冲突,后者禁止这种信息的丢失。
“从理论上来说,虫洞要比黑洞好的多,因此它不会发生信息丢失。” 索罗杜金说道。由于虫洞没有视界,物体无需转化成霍金辐射就能自动离开虫洞,因此也就不存在信息丢失的问题。