爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?

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爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?

相信大家在很多科幻片中,都看到过人们可以通过一个“虫洞”实现瞬时的空间变换,从而感觉像是突破了时间的藩篱以及光速的限制,达到高效的时空旅行的目的。而关于“虫洞”的预测,是基于爱因斯坦的广义相对论推导出来的,具体来说就是从广义相对论中推导出黑洞和白洞这两个特解,然后人们基于黑洞和白洞的特性,在此基础上想象出存在着一种特殊的“时空通道”来连接黑洞和白洞,因此从实质上来说,虫洞与黑洞和白洞有着本质的区别,它不是一种物质,也不是一种天体的结构。

爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?-第1张图片-IT新视野

爱因斯坦广义相对论改变了人们以往对宇宙时间和空间的认知,从时空统一的角度,将宇宙天体的运动转化为在一定速度下时空不断发生改变和结果。从某种意义上来说,广义相对论解决的是引力场的问题,借以深入阐释物体在引力场中的运动规律。引力场方程可以用如下表达式体现:R_a-1/2*g_a*R=8π*G*T_a/c^4,其中R_a指的是奇张量,即空间弯曲程度;g_a指的是时空度规;T_a指的是物质的能量—动量张量。通过这个引力场方程,人们可以对万有引力引发时空弯曲的效果比较形象地进行理解和定量的预测,基于此,类如黑洞、引力透镜、引力波等推导出来的特解已经被实验观测所证实,而关于白洞和虫洞的特解虽然能够预测出来,但至今仍然没有被科学界观测到。

对于黑洞的预测,是基于广义相对论中对于引力产生机制的进一步引申。物体的质量越大,则对周围空间的扭曲作用就会越大,使得这个物体周围其它物体会沿着空间扭曲后的测地线运行。而测地线运行的一个外在明显特征,就是组成物体的微观粒子,受到引力场的作用,使其在沿着测地线运行过程中,都有着向着质心跌落的趋势,感觉就像被一只无形的手把物体牢牢“栓住”一样。

那么,质量越大的物体,那么其产生的引力场对空间弯曲的作用效果就会越明显,当物体质量大到一定程度以后,它对其周围空间产生弯曲的程度,已经达到了可以使光子都无法逃脱引力场束缚的地步,于是就形成了在一定范围之内,包括光线等所有的物质信息都无法展现出来,这个范围界限科学家将其定义为事件视界,能够产生这一现象的天体被称之为黑洞。

爱因斯坦提出的虫洞理论到底是什么,虫洞的里面会有什么?-第2张图片-IT新视野

对于白洞的预测,是基于广义相对论特别是时间对称性的表述基础上引申出来的一种特殊天体。其特性与黑洞正好相反,其事件视界以内的所有物质,则会“源源不断”地从中心向外释放出来,而事件视界以外的物质,则由于视界及其以内区域所形成的强大排斥力而永远无法进入其中,即使是运行速度最快的光线,也不能照射进去,只能被反弹或者沿着弯曲的“负空间”发生偏移。

由于我们都无法从黑洞或者白洞所在位置探索到发出或者消失的光线,因此二者都不能直接通过观测仪器加以确定。科学家们已经通过引力透镜法、吸积盘观测等方法证实了黑洞的存在。而对于广义相对论中预测出来的另一种天体-白洞,目前还没有确凿的证据来证实,不过科学家们根据接收到的光谱多普勒效应,从中发现了在宇宙的某些区域,蓝移趋势明显大于红移的现象,同时还观测到了这些区域有明显的伽马射线暴、X射线暴现象,这些都与白洞的预测模型相吻合,从而使得科学家们认为白洞有极大的可能性是存在的,虽然仍有一些科学家对此表示怀疑。

而对于虫洞的预测,既来源于爱因斯坦的广义相对论对黑洞和白洞性质截然相反的预测,同时也加上了一些科学家的想象,既然黑洞“只进不出”、白洞“只出不进”,那么是否存在着可以连接二者的一个特殊通道,正好将它们首尾相连呢?不过,按照广义相对论的推测,黑洞和白洞并没有必然的联系,它们都只是一种极端引力场中物质运动形式的极端情况,二者完全可以独立存在。于是这个时候的想象对于虫洞的形成起到了至关重要的作用,美籍以色列裔物理学家纳森·罗森在研究引力场方程时,假定了极大质量天体在运行时的特殊情况,即会因为相互碰撞等形式,引发大规模的时空涟漪和空洞,这其中的空洞就可以视为连接两个不同时空的通道,因此虫洞也被称为爱因斯坦-罗森桥。

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至于虫洞里面是什么,到目前为止谁也说不清楚,主要原因有两个方面:一方面我们无法确认虫洞是否真实存在,另一方面对于虫洞形成时所连接的不同时空,特别是巨大质量的黑洞和白洞的内部真实景象,我们也无从得知。但是通过不少科学家的理论推测和假设,我们也可以看出一些端倪,比如如果虫洞是连接黑洞和白洞的通道,那么势必它存在的空间范围会始终处于黑、白两洞的事件视界以内,在巨大质量引发巨大引力的作用下,理论上所有进入其中的物体,都将会受到引力的巨大撕扯作用,甚至可以将物质全部转化为亚原子级别。

还有的科学家通过广义相对论,认为在黑洞或者白洞事件视界以内,时空的巨大弯曲程度,足以违反平均类光能量条件,因此必然需要足够的负能量来支撑虫洞的形态,这样才能够确保处于虫洞内的物质,不会在引力作用下完全向奇点处坍缩。根据科学家测算,一个小型的虫洞,其所需要的负能量,所对应的物质质量,要比银河系中所有常规物质总质量还要大上100多倍,因此想要在银河系及其附近星系中发现虫洞,或者我们利用一定的条件制造出黑洞,在相当长的时间内都是非常不现实的。

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