如何才能探测到虫洞?恒星怪异摆动暴露虫洞位置

据国外媒体报道,一项新的研究指出,如果这些传说说时间隧道真的存在,恒星奇怪的摆动行为可能会暴露虫洞的位置。

虫洞是科幻小说的永恒主题。多年来,在许多故事、书籍和电影中,主人公把虫洞作为宇宙中的捷径,穿梭于遥远的星球之间。根据爱因斯坦的广义相对论,虫洞的存在是可能的,但是从来没有人证实过。

如何检测虫洞?恒星的奇怪摆动暴露了虫洞的位置

这项新研究提供了一种可能的方法,通过寻找微小但奇怪的恒星运动来试探性地探测虫洞。“如果虫洞的两边都有两颗恒星,我们这边的恒星应该能够感受到另一边恒星的引力影响,”研究报告的作者之一、纽约州立大学布法罗分校的宇宙学家和物理学教授德扬·斯托伊科维奇(Dejan Stojkovic)在一份声明中说,“引力流将穿过虫洞。”

虫洞需要时间和空间的极度扭曲,这反过来又依赖于非常强大的重力。因此,寻找虫洞的最佳地点可能是在星系核心的超大质量黑洞附近。例如,银河系中心的人马座A *是一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞。

斯托伊科维奇说:“如果你画出人马座A *附近一颗恒星的预期轨道,当有一个虫洞,在虫洞的另一边有另一颗恒星时,你应该会看到这颗恒星偏离了它的轨道。”

他还指出,目前的观测技术不够灵敏,无法进行这种探测。然而,在接下来的10年或20年里,随着仪器和设备的改进以及对合适的目标恒星(例如,围绕人马座A*运行的S2)的长期监测,我们也许能够实现这一目标。

当然,我们还不能太兴奋。即使未来的天文学家能够进行这样的探索,他们也不一定会得到明确的结果。“当我们达到观测所需的精度时,如果探测到S2星轨道的扰动,那么我们可以说虫洞是最有可能的解释,”斯托伊科维奇说。“然而,我们还不能说这绝对是一个虫洞。可能还有其他解释。也许虫洞这一边的其他东西正在干扰恒星的运动。”

斯托伊科维奇还说,太空探索的前景并不像我们想象的那样乐观:虫洞旅行很可能在很长一段时间内都是科幻小说中的梦想。“即使虫洞可以通过,人类和宇宙飞船也可能无法通过,”他说。“事实上,你需要一个负能量源来保持虫洞开放。我们不知道该怎么办。要创造一个巨大稳定的虫洞,你可能需要一些魔法。”

这项新研究的第一作者是中国扬州大学的戴德昌教授。他和斯托伊科维奇的论文发表在本月初的《物理评论》杂志上。

什么是虫洞理论?

虫洞理论假设有一个理论上的时空通道,可以为穿越宇宙的长距离旅行创造捷径。虫洞是由爱因斯坦的广义相对论预测的,也被称为爱因斯坦-罗森桥。然而,在穿越虫洞时,应小心避免突然崩溃、高剂量辐射和有害异物的危险。

虫洞理论最早是在1916年提出的,但当时并未被称为虫洞。奥地利物理学家路德维希·弗拉姆回顾了另一位物理学家对爱因斯坦广义相对论方程的解答,并意识到还有另一种可能性。他描述了一种“白洞”——理论上是黑洞的时间反转。黑洞和白洞的入口可以通过时间和空间通道连接起来。

1935年,爱因斯坦和物理学家纳森·罗森利用广义相对论详细阐述了这一观点,提出在时间和空间上有某种“桥梁”。这些桥梁将时间和空间上的两个不同点连接起来,理论上创造了一条缩短旅行时间和距离的捷径。这些捷径后来被称为“爱因斯坦-罗森桥”或“虫洞”。

“在这一点上,整个理论只是一个假设,”美国俄勒冈大学理论物理教授斯蒂芬·许说。"我们不可能很快找到虫洞。"虫洞可能有两个由通道连接的开口。开口可能是球形的,通道可能是直线,但也可能是弯曲的,比正常路径长。

爱因斯坦的广义相对论从数学上预测了虫洞的存在,但是到目前为止还没有发现虫洞。一些科学家认为,通过观察穿过虫洞的光的重力影响,我们也许能够找到一个负质量的虫洞。在广义相对论的一些解中,虫洞不仅可以存在,而且每个虫洞的开口都是一个黑洞。然而,自然形成的黑洞是由坍缩的垂死恒星形成的,它们本身不会产生虫洞。

穿过虫洞

科幻小说充满了穿越虫洞的故事。然而,虫洞旅行的实际情况可能要复杂得多,不仅因为我们还没有发现虫洞。

第一个问题是虫洞的大小。据预测,原始虫孔可以小规模存在,大约10到33厘米。然而,随着宇宙的膨胀,一些虫洞可能会变大。另一个问题是稳定性。预言中的爱因斯坦-罗森虫洞将很快崩溃,因此它对星际旅行毫无用处。

“我们需要一些非常特殊的物质来稳定虫洞,”斯蒂芬·许说,“但尚不清楚宇宙中是否存在这样的物质。”

然而,最近的研究发现,含有“外来”物质的虫洞可能会在较长时间内保持开放和不变。这里提到的“外来”物质不应与暗物质或反物质混淆。它们具有负的能量密度和大的负压。在某些真空态的行为中,这种物质仅被视为量子场论的一部分。

如果一个虫洞含有足够多的外来物质(无论是自然形成的还是人工添加的),理论上它可以作为一种发送信息或在太空旅行的方式。不幸的是,人类在这个时间隧道中的旅行可能会面临巨大的挑战。“还没有结论,所以我们不知道,”研究相对论、黑洞和虫洞的著名物理学家基普·索恩说。“但是有明显的迹象表明,根据物理定律,让人类通过的虫洞是不可能的。这很悲惨,很不幸,但这是事情的方向。”

虫洞不仅可以连接宇宙中两个独立的区域,还可以连接两个不同的宇宙。一些科学家怀疑,如果虫洞的开口以特定的方式移动,时间旅行可能是可能的。

“你可以通过一个可穿越的虫洞进入未来或过去,”天体物理学家埃里克·戴维斯说。“但这并不容易。把虫洞变成时间机器需要很大的努力。制造一个虫洞已经够难了。”

然而,已故的英国宇宙学家斯蒂芬·霍金认为这种利用虫洞的方式是不可能的。美国宇航局的埃里克·克里斯蒂安写道:“虫洞不是一种回到过去的方式,而是一种让那些遥远的东西离我们更近的捷径。”

尽管在虫洞中加入外来物质可能会稳定虫洞,直到人类能够安全通过,但加入“常规”物质也有可能会破坏入口的稳定性。即使可以找到虫洞,今天的技术也不足以扩大或稳定它们。当然,科学家将继续探索这个概念,希望有一天能把它作为太空旅行的一种方式。“你需要一些超级先进的技术,”许志永说。"在很长一段时间里,人类将无法做到这一点。"

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