蟲洞能讓你在一秒內穿越整個宇宙,但物理學家寧愿它不存在,因為一旦它被人類打開,所有關于因果、邏輯和時間的規(guī)則都將面臨崩潰。
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愛因斯坦早就發(fā)現(xiàn)了這條捷徑,他用廣義相對論證明,空間并非一塊死板的鋼板,而是一張可以彎曲的蹦床,彎到極致,兩個相隔億萬光年的點就能重合,中間那條連接的短管,就是蟲洞。
聽起來是完美的星際旅行方案對吧?
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既然光速無法超越,那我們就不跑了,直接“抄近道”,但先別急著收拾行李,蟲洞連接的不只是空間,還有時間,你從 2025 年的入口跳進去,另一端可能是6500萬年前的地球,你或許會親眼看著滅絕恐龍的小行星在頭頂落下。
很多人以為蟲洞是科幻作家為了讓主角快速換地圖而編出來的“劇情道具”,但它是從愛因斯坦的方程里一步一步算出來的,有理有據(jù),童叟無欺。
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1915 年,愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論,給出了那個著名的場方程,僅僅幾個月后,1916 年,奧地利物理學家路德維希·弗拉姆盯著這個方程看了一會兒,發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的解,他意識到,如果黑洞存在,那么理論上數(shù)學允許存在另一種反轉的天體:白洞,黑洞只進不出,白洞只出不進。
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如果把這兩個怪物的“奇點”對接起來,中間就會形成一條貫穿時空的隧道,1935 年,愛因斯坦和他的助手納森·羅森正式將這個結構命名為愛因斯坦-羅森橋,這就是蟲洞的祖師爺,但這里有一個致命的問題:這座橋,根本沒法走。
物理學家約翰·惠勒在 1950 年代仔細審查了這座橋,得出了一個令人絕望的結論:它不穩(wěn)定到令人發(fā)指。
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愛因斯坦-羅森橋就像是一個極其敏感的肥皂泡,一旦形成,它會以比光速還快的速度自我坍縮,當你試圖邁進去的那一瞬間,隧道中間的咽喉就會“砰”的一聲斷開,變回兩個獨立的奇點。你還沒來得及看清對面的風景,就已經(jīng)被夾在時空的夾縫中粉身碎骨。
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更可怕的是潮汐力,就算你跑得比閃電俠還快,蟲洞內部極端的引力梯度也會教你做人,你的頭部和腳部受到的引力差會大到離譜,瞬間將你拉成一根幾公里長的“意大利面條”,所以愛因斯坦當年算出蟲洞的時候,自己都不信這玩意兒能用,他覺得這只是數(shù)學游戲
1988 年,為了幫好友卡爾·薩根寫科幻小說《接觸》,物理學家基普·索恩和他的學生邁克·莫里斯干了一件瘋狂的事,他們不再問“天然蟲洞能不能存在”,而是反過來問:如果我們想要一個能讓活人安然無恙通過的蟲洞,物理定律允許它長什么樣?
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他們推導出了莫里斯-索恩蟲洞,這種新型蟲洞沒有致死的奇點,也不會瞬間坍縮,你可以像過海底隧道一樣從一頭走到另一頭,但天底下沒有免費的午餐,索恩發(fā)現(xiàn),要想讓蟲洞保持張開不閉合,你必須往里面灌一種極其詭異的建筑材料:負能量物質。
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這是什么概念?
普通物質產(chǎn)生引力,傾向于把時空往中間“拉”,導致蟲洞坍縮,奇異物質產(chǎn)生斥力,傾向于把時空往外“推”,像千斤頂一樣撐住快要塌陷的蟲洞喉嚨。
問題是,宇宙里有負能量嗎?
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還真有,1948 年,荷蘭物理學家卡西米爾發(fā)現(xiàn)了卡西米爾效應:在真空中,兩塊靠得極近的金屬板之間會產(chǎn)生一種神秘的吸引力,這是因為板子之間的真空量子漲落被抑制,導致那里的能量密度低于外部的真空。
能量比“無”還少,這就是負能量,但別高興得太早,這一效應產(chǎn)生的負能量少得可憐,科學家算過,要撐開一個半徑僅為 1 公里的蟲洞,所需要的負能量相當于把整個太陽系的質量全部轉化為能量,再取負值。
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如果不考慮能量問題,假設我們真的造出了一個穩(wěn)定的蟲洞,接下來會發(fā)生什么?
最刺激,也最讓人恐懼的可能性是:時間旅行,根據(jù)廣義相對論,引力場強的地方時間流速慢;根據(jù)狹義相對論,速度快的地方時間流速慢,如果你把蟲洞的一個出口固定在地球,把另一個出口放在一艘以接近光速飛行的飛船上,飛船飛了一圈回來,因為鐘慢效應,飛船內的時間可能只過了一年,而地球已經(jīng)過了十年。
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此時,蟲洞連接的其實是現(xiàn)在的地球和九年前的地球,你從這一頭跳進去,一秒鐘后,你就穿越到了過去,這時候,那個讓所有物理學家頭疼欲裂的幽靈出現(xiàn)了:祖父悖論。
如果你穿越回過去,殺死了年輕時的祖父,那你父親就不會出生,你也不會存在。但如果你不存在,又是誰穿越回去殺了祖父?
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這個邏輯閉環(huán)能把人腦子繞成麻花。對此物理學界有幾派觀點:第一是諾維科夫自洽性原則: 宇宙會自動修正,你的槍會卡殼,或者你認錯人,總之你無法改變已經(jīng)發(fā)生的事實,第二是多世界詮釋: 你穿越的不是你的過去,而是平行宇宙的過去。你在那里殺了祖父,那個宇宙的你不出生,但原本宇宙的你依然安好。
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最后是霍金的時序保護猜想,宇宙根本不允許你這么做,當你試圖把蟲洞變成時間機器的那一瞬間,量子真空漲落會瞬間摧毀蟲洞。
2013 年,物理學界的大佬馬爾達塞納和薩斯坎德提出了一個驚世駭俗的猜想:ER = EPR。
ER:愛因斯坦-羅森橋(蟲洞)。
EPR:量子糾纏(愛因斯坦、波多爾斯基、羅森悖論)。
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他們認為,這兩個看似風馬牛不相及的概念,本質上是同一回事,每一個糾纏的量子對之間,實際上都連著一條微型的、普朗克尺度的蟲洞。 量子信息之所以能瞬間感應,是因為它們抄了時空的近道。
2022 年底,谷歌的量子計算機 Sycamore 模擬出了一個全息蟲洞,觀測到了信息像穿過蟲洞一樣穿過量子系統(tǒng),雖然這只是模擬,不是在現(xiàn)實中撕開裂縫,但它暗示了我們:蟲洞或許不是奇異的天體,而是構成宇宙時空最基礎的磚塊。
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我們離真正的星際穿越還有多遠?
老實說非常遠,我們沒有足夠的負能量,不知道如何操控引力,甚至還沒親眼見過一個蟲洞,但科學家已經(jīng)在銀河系中心的人馬座 A* 黑洞附近尋找線索,如果天然蟲洞存在,它會對周圍恒星的軌道產(chǎn)生特殊的擾動。
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蟲洞是物理學留給人類的一道終極謎題,它告訴我們宇宙的時空不是不可撼動的舞臺,而是可以被彎曲、折疊、甚至穿透的。只要找到正確的方法,我們就有可能跨越億萬光年的荒原。
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