恒星這個“小動作”暴露了蟲洞的存在？

代小佩

穿越時空，是許多人的夢想，它存在于許多科幻作品中。現(xiàn)實中是否真的有辦法讓人在極短時間內(nèi)穿越極遠的距離？

著名天文學家兼科普作家卡爾·薩根曾向諾貝爾物理學獎得主基普·索恩提出過這個問題。索恩告訴薩根，最好的辦法是穿越一個蟲洞。

一項最新研究表明，恒星的一些特殊“小動作”可能會揭示蟲洞的存在。研究者稱，如果蟲洞兩邊各有兩顆恒星，那么一側(cè)的恒星引力會對另一側(cè)的恒星產(chǎn)生影響。因此，我們可以通過尋找恒星細微但特殊的運動來尋找蟲洞。

這項由揚州大學教授戴德昌和美國凱斯西儲大學教授德?lián)P·斯托伊科維奇領導的研究，其結(jié)果近日發(fā)表于《物理評論D》雜志。

時空的通道是宇宙捷徑

1935年，愛因斯坦和物理學家內(nèi)森-羅森依據(jù)廣義相對論預言宇宙中存在一種特殊的“通道”，即“愛因斯坦一羅森橋”或“蟲洞”。蟲洞連接著兩個不同時空中的點，我們可以通過穿越蟲洞的方式，減少宇宙旅行的時間和距離。

也就是說，蟲洞是宇宙中的捷徑。想象一下，在一張平鋪的紙上，一只螞蟻要從A點走到B點，“旅行”路途即紙面上A點與B點之間的直線距離。如果紙張彎曲，A點和B點之間的空間距離就變得更近，直到兩點重疊，此時，螞蟻再從A點走到B點，“距離”就大為縮短，進而避免了漫長的“旅行路程”。

中國科學院國家天文臺研究員茍利軍說，從地球出發(fā)到織女星，如果僅僅限定在我們這個宇宙維度當中，最短的距離也需要25光年，但在高維空間可能只是幾米。“蟲洞相當于高維空間的一個通道，給我們提供了一個便捷的方式，讓我們能夠進行星際旅行。”基普-索恩此前就寫過一個利用蟲洞進行星際旅行的劇本，后來被導演斯托弗-諾蘭搬上銀幕，打造了著名的好萊塢大片《星際穿越>。

雖然愛因斯坦的廣義相對論從數(shù)學上預測了蟲洞的存在，但迄今為止還沒有人發(fā)現(xiàn)它。美國俄勒岡大學理論物理學教授史蒂芬-許表示： “到目前為止，關(guān)于蟲洞的整個事情還是一種假設，沒有人認為我們很快就會發(fā)現(xiàn)蟲洞。”

銀心黑洞可能是蟲洞隱身之所

在廣義相對論中，蟲洞與黑洞有關(guān)。

在黑洞中，物質(zhì)坍縮成了一個點，稱為奇點。物質(zhì)一旦進入黑洞，就會被永遠困住。蟲洞在外部有著與黑洞同樣的結(jié)構(gòu)，但它的中心并非奇點。

雖然黑洞和蟲洞外部結(jié)構(gòu)相同，但蟲洞的另一端可以存在物質(zhì)，黑洞則不行。科學家推測，圍繞蟲洞運行的恒星軌道，可能與圍繞黑洞運行的恒星軌道略有不同。具體而言，如果引力場可以通過蟲洞傳播，那么恒星的軌道將受到影響，并偏離標準的史瓦西軌道。

研究人員建議在銀河系檢驗這一想法。他們認為，尋找這些時光隧道的最佳地點是超大質(zhì)量黑洞附近，例如銀心的人馬座A*。因為蟲洞需要極大的時空扭曲，而時空扭曲又取決于非常強大的引力。

據(jù)報道，有研究人員一直在觀測人馬座A*附近的一顆名為S0-2的恒星。如果蟲洞確實存在于人馬座A*附近，S0-2就會受到蟲洞另一邊恒星引力的影響，那么隨著時間的推移，S0-2會輕微偏離預期的軌道。

戴德昌和德?lián)P-斯托伊科維奇領導的研究團隊發(fā)現(xiàn)，蟲洞入口與普通黑洞存在區(qū)別，而且這些差異可以通過遠距離觀測發(fā)現(xiàn)，不需要飛臨或鉆入黑洞。

兩位研究者從考察蟲洞口附近時空區(qū)域守恒律出發(fā)，分別計算了電荷、引力和標量場。檢查這三者是否可以穿過蟲洞，并影響蟲洞另外一側(cè)的時空。計算結(jié)果顯示，標量場的影響無法穿過蟲洞，但電荷和引力的影響都可以透過蟲洞，在另外一側(cè)時空中留下痕跡。

德?lián)P-斯托伊科維奇說： “如果我們檢測到S0-2軌道上的擾動，最有可能的解釋是其附近存在蟲洞。但我們不能肯定地說這一定是蟲洞造成的，因為其他因素也有可能擾亂這顆恒星的運動。”

脆弱的蟲洞難當大任

想穿越蟲洞并非輕而易舉。一方面，蟲洞存在與否這一問題本身沒有得到解決，我們不知道蟲洞是否存在;另一方面，即便找到了蟲洞，在穿越蟲洞時還要面臨許多未知的挑戰(zhàn)。

最大的問題就是蟲洞的穩(wěn)定性難以保證。有人說，蟲洞對于星際旅行或許毫無用處，因為它們會很快崩潰。史蒂芬-許說，穩(wěn)定蟲洞需要某種非常特殊的物質(zhì)，但目前尚不清楚這種物質(zhì)是否存在于宇宙中。

根據(jù)基普-索恩的設想，具有“負能量密度”的奇異物可以作為保持蟲洞持續(xù)開放的物質(zhì)條件。由此，蟲洞將被改造成違背因果律的時間機器，用于星際航行。但美國國家航空航天局的埃里克-克里斯蒂安博士說： “目前沒有任何方法來產(chǎn)生這些巨大的負能量，我們對如何創(chuàng)建或維持蟲洞無能為力。”

除此之外，穿越者還要面臨高輻射以及異物接觸的風險。

“使用可穿越的蟲洞進入未來或回到過去，這并非易事，因為將蟲洞轉(zhuǎn)變成時間機器需要付出很大的努力，要擺脫蟲洞也異常艱難。”天體物理學家埃里克-戴維斯說。

茍利軍表示，我們通常認為的蟲洞很有可能自然存在于黑洞中心，而我們又到不了這個中心。即使黑洞的中心可能產(chǎn)生所謂的蟲洞，還有一個非常大的問題就是蟲洞的時標只有10-43秒，尺度只有10-35米，“如何讓蟲洞達到非常大的尺度讓飛船能夠進入，還要支撐足夠長的時間讓飛船順利穿過，這都是需要解決的問題”。

德?lián)P-斯托伊科維奇說：“即使蟲洞可穿越，人與飛船也很可能無法通過。我們需要負能量來保持蟲洞的持續(xù)開放，但目前我們什么也做不了。總之，要創(chuàng)建一個穩(wěn)定的、巨大的蟲洞，需要一些未知的‘魔術(shù)。”

廣義相對論似乎確實允許時空經(jīng)過某些路徑，給出時空旅行的可能，但是這些路徑超出了人類已有的測試能力。至少目前來看，還沒有已知的時空旅行方式，蟲洞也只能是我們翹首以盼的未來。

文章來源：《科技日報》

（責任編輯：吳宇）