咱們小時候總幻想過這樣的場景:放學(xué)路上突然掉進(jìn)一個發(fā)光的洞,眨眨眼就到了外婆家的院子,或者一抬頭看見十年后的自己在對自己笑。這些藏在記憶里的奇思妙想,其實和物理學(xué)家們琢磨了上百年的問題不謀而合。時空到底能不能像山路一樣,有近道可以抄?
要聊這個話題,繞不開一個名字:愛因斯坦。1915年他提出的廣義相對論,徹底打破了我們對時空的固有認(rèn)知。在牛頓的世界里,時間像勻速的鐘,空間像平坦的紙,永遠(yuǎn)不變。但愛因斯坦說,不對,時空會彎。你往蹦床上放個大球,床面會陷下去,周圍的小球會跟著滾。宇宙里的恒星、黑洞這些大質(zhì)量天體,也會把時空壓出一個個坑,這就是時空彎曲。
正是這個彎曲的 idea,讓蟲洞這個概念有了誕生的土壤。1916年,奧地利物理學(xué)家弗萊姆盯著黑洞的數(shù)學(xué)公式琢磨,突然發(fā)現(xiàn)里面藏著一種可能性:時空里可能存在連接兩個點的管道,是像蘋果上的蟲子蛀出的洞,能讓你從表皮一點直接到另一點,不用繞著果皮爬。后來愛因斯坦和羅森又把這個模型完善了,給它起了個名字叫愛因斯坦-羅森橋。但那會兒的蟲洞更像個數(shù)學(xué)游戲,因為它的中間有個奇點:一個密度無限大的點,任何東西靠近都會被撕碎,根本穿不過去。
那有沒有能走的蟲洞?后來物理學(xué)家發(fā)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)的黑洞可能不一樣。普通黑洞的奇點是個點,旋轉(zhuǎn)的黑洞(克爾黑洞)的奇點會被甩成一個環(huán),環(huán)中間就空出個小洞,這就形成了另一種蟲洞:洛倫茲蟲洞。它的通道窄到只能過基本粒子,但好歹有了能通過的可能。不過它有個麻煩:得用負(fù)能量物質(zhì)撐著才不會塌。這里的負(fù)能量不是說能量不夠,而是一種能產(chǎn)生排斥力的特殊物質(zhì),像是給蟲洞通道加了根鋼筋,對抗引力的擠壓。
那,負(fù)能量這東西真的存在嗎?還真有線索??茖W(xué)家在實驗室里觀察到過卡西米爾效應(yīng):把兩塊平行的金屬板靠得特別近,真空中會產(chǎn)生一種吸引力,背后就是微觀尺度下負(fù)能量的作用。但問題是,這種負(fù)能量只在極小范圍出現(xiàn),要撐住宏觀的蟲洞,需要的負(fù)能量比整個宇宙的能量總和還多,現(xiàn)在連影子都沒找到。還有人猜,星系中心的超大黑洞加上暗物質(zhì),可能在磁場作用下變出負(fù)能量,不過這還只是假說。
并且,宇宙里可能到處都是迷你蟲洞,霍金他們認(rèn)為,在量子尺度下,時空不是平滑的,而是像沸騰的泡沫,不斷有小到10的負(fù)33次方厘米的蟲洞生成又消失。但這尺寸比原子還小無數(shù)倍,別說過人了,連原子都穿不過。想把它放大到能用?需要的能量可能直接把蟲洞炸沒了。就算真造出穩(wěn)定的蟲洞,進(jìn)去也得冒生命危險,里面的潮汐力能把飛船撕成碎片,高能輻射更是無處不在。
聊到蟲洞,就繞不開時間旅行的悖論。最有名的祖父悖論:如果你穿越回去殺了年輕時的祖父,那你就不會出生,又怎么會去殺祖父?這邏輯繞得人頭疼,但物理學(xué)家們沒閑著。有人說時空有自保護(hù)機(jī)制,你想干壞事時總會踩到香蕉皮摔倒,怎么都成不了。有人說歷史根本改不了,你回去只會發(fā)現(xiàn)自己必然失敗。還有人搬出量子力學(xué)的平行宇宙:你穿越的瞬間,時間線就分叉了,你殺的是另一個宇宙的祖父,原來的宇宙里你該咋活還咋活。哪種對?現(xiàn)在誰也說不準(zhǔn)。
那人類就只能困在當(dāng)下嗎?我看也未必。愛因斯坦的廣義相對論給我們打開了一扇窗,讓時空穿越從純粹的幻想有了理論依據(jù)。但蟲洞到底是通往未來的橋,還是吞噬一切的陷阱,現(xiàn)在還沒人能下定論。就像物理學(xué)家惠勒說的,時空告訴物質(zhì)怎么動,物質(zhì)告訴時空怎么彎?;蛟S億萬年后,人類真能摸清時空的脾氣,讓抄近道穿越時空不再是夢。
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