北京時(shí)間 11 月 17 日消息，在一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家提出的新理論反駁了先前關(guān)于蟲(chóng)洞會(huì)迅速崩塌的預(yù)測(cè)。這個(gè)大膽的新理論認(rèn)為，蟲(chóng)洞 —— 或者說(shuō)黑洞之間的通道 —— 最終有可能是穩(wěn)定的。
▲ 蟲(chóng)洞內(nèi)部的想象圖
蟲(chóng)洞又稱愛(ài)因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄通道。先前的理論預(yù)測(cè)，這些假想的時(shí)空“捷徑”是轉(zhuǎn)瞬即逝的，會(huì)迅速坍塌。在新研究中之所以出現(xiàn)如此截然不同的結(jié)局，要?dú)w結(jié)于用來(lái)描述蟲(chóng)洞的相對(duì)論數(shù)學(xué)的微小差異，最終戲劇性地改變了我們對(duì)蟲(chóng)洞的整體認(rèn)識(shí)。
一切與度規(guī)有關(guān)
首先，讓我們來(lái)了解一些關(guān)于廣義相對(duì)論如何發(fā)揮作用的背景知識(shí)。相對(duì)論就像一臺(tái)機(jī)器。當(dāng)你把某些物體 —— 比如一組混亂或規(guī)則分布的粒子 —— 放進(jìn)去時(shí)，機(jī)器就會(huì)顯示出這些物體在引力作用下的變化。廣義相對(duì)論中的一切都是以空間和時(shí)間的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的：物體從特定的物理坐標(biāo)開(kāi)始，四處移動(dòng)，最后到達(dá)其他坐標(biāo)。
盡管廣義相對(duì)論的規(guī)則是固定的，但該理論本身提供了很大的自由度，讓我們能用數(shù)學(xué)方法描述這些坐標(biāo)。物理學(xué)家稱這些不同的描述為“度規(guī)”（metrics）。你可以將度規(guī)想象成描述去某個(gè)地方赴宴的不同方法，可能是根據(jù)街道方向，或基于衛(wèi)星的經(jīng)緯度，或是寫在餐巾紙上的地標(biāo)。在每種情況下，你的度規(guī)都是不同的，但無(wú)論你選擇哪一種度規(guī)，你最終都會(huì)飽餐一頓。
同樣，物理學(xué)家可以用不同的度規(guī)來(lái)描述相同的情況，有時(shí)一種度規(guī)比另一種更加實(shí)用 —— 類似于你出發(fā)時(shí)先確定街道方向，再切換到餐巾紙，以再次檢查你是否到達(dá)正確的地標(biāo)。
擴(kuò)展的黑洞
當(dāng)我們談到黑洞和蟲(chóng)洞時(shí)，就會(huì)涉及一些潛在的度規(guī)。最廣為人知的是史瓦西度規(guī)，這是第一個(gè)可以用來(lái)表征黑洞的廣義相對(duì)論精確解（即史瓦西黑洞）。然而，史瓦西度規(guī)包含一些古怪的數(shù)學(xué)函數(shù)，在與黑洞相距一定距離，即我們今天所知的史瓦西半徑或事件視界時(shí)，它就不那么好用了。
這里的“不那么好用”，指的是史瓦西度規(guī)完全崩潰了，它不再能區(qū)分空間和時(shí)間上的不同點(diǎn)。不過(guò)，我們還有另一個(gè)度規(guī)，稱為愛(ài)丁頓-芬克斯坦度規(guī)，描述了粒子到達(dá)事件視界時(shí)發(fā)生的事情：它們直接穿過(guò)并墜入黑洞，從此便消失不見(jiàn)。那么，這一切與蟲(chóng)洞有什么關(guān)系呢？構(gòu)建蟲(chóng)洞最簡(jiǎn)單的方法是“擴(kuò)展”黑洞的鏡像概念，即白洞。這個(gè)想法最初是由阿爾伯特?愛(ài)因斯坦和內(nèi)森?羅森提出的，因此蟲(chóng)洞有時(shí)被稱為“愛(ài)因斯坦-羅森橋”。黑洞不會(huì)讓任何東西出來(lái)，而白洞則不會(huì)讓任何東西進(jìn)去。要制造一個(gè)蟲(chóng)洞，你只需要一個(gè)黑洞和一個(gè)白洞，將它們的奇點(diǎn)（位于中心處具有無(wú)限大密度的點(diǎn)）結(jié)合起來(lái)。于是，一個(gè)穿越時(shí)空的隧道就創(chuàng)造了出來(lái)。
然而，這條隧道似乎完全“走不通”。
狹窄的路徑
如果存在一個(gè)理論上的蟲(chóng)洞，那我們完全有理由去問(wèn)，穿過(guò)這個(gè)蟲(chóng)洞時(shí)會(huì)發(fā)生什么？這時(shí)廣義相對(duì)論就要發(fā)揮作用了：在這種（非常有趣的）情況下，粒子是如何運(yùn)動(dòng)的？答案可能會(huì)令人不寒而栗。白洞本身是不穩(wěn)定的（甚至可能根本就不存在），蟲(chóng)洞內(nèi)部的極端力量會(huì)迫使蟲(chóng)洞本身伸展并斷裂，就像橡皮筋一樣。如果你想把什么東西送進(jìn)蟲(chóng)洞的話，那只能祝你好運(yùn)了。
不過(guò)，愛(ài)因斯坦和羅森是用史瓦西度規(guī)構(gòu)建了蟲(chóng)洞，而大多數(shù)蟲(chóng)洞分析都使用這一度規(guī)。因此，法國(guó)里昂高等師范學(xué)校的物理學(xué)家帕斯卡爾?科伊蘭決定嘗試其他方法，他改用了愛(ài)丁頓-芬克斯坦度規(guī)。今年 10 月，他在發(fā)表于預(yù)印本數(shù)據(jù)庫(kù) arXiv 的論文中對(duì)此進(jìn)行了描述，該論文預(yù)計(jì)將刊登在近期出版的《現(xiàn)代物理學(xué)雜志 D》（Journal of Modern Physics D）。
科伊蘭發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用愛(ài)丁頓-芬克斯坦度規(guī)，他可以更容易地追蹤粒子通過(guò)假想蟲(chóng)洞的路徑。粒子可以在有限的時(shí)間內(nèi)穿過(guò)事件視界，進(jìn)入蟲(chóng)洞隧道，再?gòu)牧硪欢颂右?。在粒子軌跡上的任何一點(diǎn)，愛(ài)丁頓-芬克爾斯坦度規(guī)都沒(méi)有失靈。
這是否意味著愛(ài)因斯坦-羅森橋是穩(wěn)定的？不完全是。廣義相對(duì)論只告訴我們引力的行為，而沒(méi)有描述其他自然力的行為。例如，熱力學(xué)理論（熱與能量之間如何相互作用）就告訴我們，白洞是不穩(wěn)定的。如果物理學(xué)家試圖用真實(shí)物質(zhì)在真實(shí)宇宙中制造一個(gè)黑洞和白洞的結(jié)合，從其他數(shù)學(xué)方法可知，這種結(jié)合的能量密度會(huì)使一切分崩離析。
當(dāng)然，科伊蘭的研究結(jié)果仍然很有趣，因?yàn)樗赋鱿x(chóng)洞并不像原先理論預(yù)測(cè)的那樣危險(xiǎn)，而且在廣義相對(duì)論的框架下，完全可能存在通過(guò)蟲(chóng)洞隧道的穩(wěn)定路徑。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。