著名科學家愛因斯坦在生前曾提出過許多科學假設。
其中關于黑洞的假設,在當時那個天文學技術還并不發達的年代,雖然受到了無數人的質疑,但隨著近年來黑洞照片的成功拍攝,黑洞的存在也真正被徹底證實了。
當然,類似黑洞,愛因斯坦在生前同樣還預言了另一個“宇宙極端”的存在,那就是蟲洞。
科幻電影中的星際穿越、時空旅行橋段,大都也正是通過穿越蟲洞實現的,倘若蟲洞真實存在,那我們將得到比光速更“快”的途徑,只需要穿過它就能在瞬間到達宇宙的邊緣。
但問題是,蟲洞真的存在嗎?
關于黑洞、白洞
要想弄清楚蟲洞到底是什么,大家有必要先來了解下關于黑洞和白洞的相關知識。
先來說一下什么是黑洞,從物理性質上來說,黑洞實際上就是一個質量密度超大的天體,只不過由于它的質量密度過于龐大,以至于它附近的時空都被嚴重影響,讓時空曲率大到了連光都無法逃脫的地步。
這也是為什么黑洞之所以會被稱作是黑洞的根本原因,因為它連光都能“吞噬”,沒有了任何光的反射,呈現在我們眼前,黑洞也就是“漆黑一片”的存在了。
被黑洞扭曲的時空
說起黑洞,大川不得不提一下的就是,科學家于2019年4月10日發布的第一張黑洞照片。
根據科學家推算,照片里這個黑洞(M87*)的質量至少是太陽質量的65億倍,體積也至少是太陽的680萬倍。
由于黑洞特殊的物理性質,導致了它的存在無法被直接觀察到,因此當時科學家采用了事件視界望遠鏡(EHT)對其進行觀測拍攝。而我們從照片里看到的黑洞周圍的光,也并非黑洞自身發出的,而是黑洞正在吞噬周圍的天體,這些天體在被吞噬的過程中釋放出的巨大能量,以光的形式傳遞了出來,這才有了我們眼前看到的這個黑洞。
如果當時沒有吞噬天體,恐怕我們也無法看到這個游蕩在宇宙中的怪物了……
像M87*這樣的黑洞,在宇宙中還有很多,說起來你可能會感到不可思議,就連我們所處的銀河系的中心,實際上就是一個巨大的黑洞,科學家將其稱作是銀心黑洞(人馬座A*(Sgr A*))。
這個黑洞距離地球大概2.6萬光年,直徑約為4400萬公里,保守估計它的質量也約為太陽質量的410萬倍。
質量大還不是黑洞最可怕的地方,黑洞最可怕的地方則在于它恐怖的吞噬能力。我們都知道,對于天體來說,質量越大的天體就會擁有越大的引力,因為根據萬有引力定律公式(F=GMm/r2),引力是跟天體質量成正比的,所以黑洞的引力是相當大的,這也就進一步導致了黑洞表面擁有極高的逃逸速度,而這個逃逸速度是大于30萬公里每秒的光速的。
基于這樣的逃逸速度,任何接近黑洞的天體只要速度小于光速,便會被黑洞引力捕獲,并最終淪落為黑洞的“食物”,被黑洞吞噬稱為黑洞質量的一部分,就算是光也難逃被黑洞吞噬的命運。
再來說一下白洞,白洞實際上是廣義相對論預言的另一種“宇宙極端”。
從物理性質上來說,白洞是一種與黑洞性質完全相反的天體,你可以理解為,黑洞是無限吞噬周圍天體的存在,這相當于一種“吸引力”,而白洞則是無限釋放物質、能量的存在,相當于一種“排斥力”。
不過值得一提的是,雖然黑洞的存在已經得到了完全的證實,但白洞卻至今都是一種假想中的天體,科學家未曾對其存在有過切實的研究和發現。
什么是蟲洞?
弄清楚了黑洞和白洞之后,再來說蟲洞大家應該就容易理解了。
蟲洞的概念最初是由奧地利物理學家弗萊姆在1916年提出的,后來經愛因斯坦和納森·羅森補充完善,才有了現如今蟲洞(愛因斯坦-羅森橋)的概念。
關于蟲洞,有一種被大眾廣為接受的說法,它是連接著黑洞與白洞的一個通道(又被稱作“灰道”),物質被黑洞無限吸入吞噬,然后經由中間這條通道進入白洞,并由白洞無限噴發出來。
這個“橋梁”的存在,也反過來解釋了白洞的存在可能性。
通過蟲洞為什么能“任意”穿梭于時空?
前面大川提到了,黑洞的質量密度過于龐大,以至于其附近的時空被極大程度地壓縮,時空曲率也大到了連光都無法逃脫的地步。
在這樣的背景之下,黑洞的存在也就成了穿梭于時空當中的“入口”,由于黑洞附近的時空曲率非常大,因此當我們身處黑洞附近的時候,地球上時間和空間的法則便早已不再適用,科幻電影《星際穿越》中的一個橋段,就很好地還原了黑洞的這一特性。
男主角從黑洞出來,重新返回地球后,他的女兒竟然已經變成了白發蒼蒼的老人,而他自己卻依然保持著當初進入黑洞時的樣子。
男主從黑洞回到地球后探望女兒
也就是說,他進入黑洞后雖然時間在正常流逝,但由于不同的時空曲率,相對于地球上的女兒來說,他的時間其實趨于靜止,你可以理解為這是“天上一天,地上萬年”的現象。
基于此,倘若蟲洞真實存在,我們只要能順利從黑洞進入,也就一定能做到穿梭于時空當中了。
在這里,時間不是問題,距離更不是問題。
有黑洞作為入口,你可以簡單理解為,無限大的曲率就等于將距離無限壓縮,飛船行駛在其中雖然速度沒有變化,但是相對于起點來說,卻是在無限加速的。許多科幻電影中宇宙飛船標配的曲率引擎,也正是基于這樣的原理構想出來的。
曲率引擎飛船原理圖
也正是因此,如果蟲洞真實存在,并且我們掌握了進入蟲洞的方法,那我們便將得到比光速更“快”的速度,甚至在瞬間到達宇宙邊緣也是能從理論上實現的。
寫在最后
最后,關于通過蟲洞進行時空穿梭這個話題,大川還需要額外補充一點。
那就是通過蟲洞我們只能去往未來的時間,而不可能回到過去。并且不止蟲洞無法帶我們回到過去,世界上也不可能出現任何穿越時空的設備把我們送回過去,因為在這其中會涉及到一個可怕的悖論——祖父悖論。
A回到過去,殺死了自己還未結婚生子的祖父。如果A的祖父死了,A的父親就不可能出生,沒有父親A也就無法出生。既然A沒有出生,又是誰殺死了A的祖父呢?
顯然,這是一個說不通,也不可能發生的悖論……