穿越时空的时间隧道(图)


穿越时空从来就是人类的梦想。
穿越时空从来就是人类的梦想。(图片来源:Adobe Stock)

穿越时空从来就是人类的梦想,无数科幻作品笔触生动得仿佛作者都是时空旅行者的常客。只是,时间旅行从何而来?

科学家观测到一次伽马射线暴时间达到102秒,而通常爆发时间在1秒以内。因此,他们认为,这次的猛烈程度和持续时间也许可以用一个短暂存在的白洞加以解释也就是说,我们可能已经发现了“那道闪着光的门”。

黑洞与白洞

也许你没听过“白洞”的大名,但你一定听过“黑洞”。

黑洞是宇宙中的“吞噬者”,任何物质,甚至光线,一旦进入黑洞的“势力范围”,就再也无法逃逸。如果说黑洞是只进不出,白洞则恰恰相反,只出不进:白洞一刻不停地高速向外喷射星际物质和宇宙能量,包括基本粒子。但由于白洞的斥力无穷大,任何物质和光线都无法进入其视界之内。

科学家们假想,在黑洞和白洞之间,由叫做“虫洞”的时空开孔相连接:想像一张展开拉直的床单,在中间放置一个大保龄球。在重力的作用下,床单中间会塌陷下去。现在保龄球被挤压,让同样质量的物质被挤压进一个越来越小的空间,随着体积变小,保龄球的密度将变得越来越大。这将会将床单中央压得越来越低,直到保龄球被挤压成一个针头的大小。在这时,球的密度和引力场的作用力变得如此之大,使得它在床单的中央刺穿了一个小洞。在黑洞中心生成虫洞的过程,就与之类似。

床单类似于广袤的宇宙时空它并不是一个平坦的空间,而是会因为一些干扰变得扭曲。压缩成针头大小的保龄球代表质量极大而体积无穷小的黑洞,它吸收周围一切物质和辐射的天体,甚至连光也无法从中逃逸这是一个产生强烈引力场的干扰源;而床单中央的小洞则是时空扭曲造成的开孔,被科学家们称作“虫洞”,也就是传说中的时光通道。

虫洞另一边是什么?

那么,在床单的另外一边又发生什么了呢?

爱因斯坦是个宇宙对称性的坚持者,在他看来,既然有黑洞,那么一定存在一个与之相对称的白洞。爱因斯坦在虫洞的另一侧设想了一个“平行宇宙”,在那里存在着黑洞的对立天体,一个致密物质构成的喷射源,也就是白洞。

在这个时候,白洞还仅仅是在理论上作为黑洞的一个镜像存在。而在1971年,一位美国国家无线电天文台的名叫Robert Hjellming的天体物理学家在《自然》杂志上发表了一篇论文,提出物质实际上能掉入黑洞中,然后重新出现在宇宙中的其它地方,甚至出现在另一个完全不同的宇宙恰恰就是通过白洞完成这一移动。

不妨将黑洞想像成一个有着很长“漏嘴”的大漏斗,而白洞是一个与之方向相反的漏斗。将两个“漏嘴”联结在一起,就会构成一个类似时间沙漏的物体。两个“漏斗”经由一条极细的“漏嘴管道”(也就是上文说的“虫洞”)相连。而这时的“漏嘴管道”,就构成一个连接遥远宇宙区域间的时空细管。

这一假设为长久困扰科学家们的一个问题消失在黑洞中的物质都去了哪里提供了一个可能的答案,而更引人入胜的假设是,这种物质传输并非只是一条单行道,物质也将会经由黑洞离开另外的宇宙,出现在我们存在的宇宙。这样,两个宇宙将会保持物质上的某种平衡。

白洞在哪里?

和黑洞相比,白洞受到学界的重视程度要小得多。这很大程度是由于,在白洞理论提出后的几十年间,科学家们没有发现任何可观测的或者间接证明白洞存在的证据。很多人不禁发出质疑,如果白洞存在,那么它们在哪里?

2006年6月14日,美国国家航天局(NASA)的雨燕(SWIFT)探测卫星观测到了一次异常的伽马射线暴。所谓“伽马射线暴”,是指出现在外层空间的一种短暂高能爆发现象,是宇宙中最强力的爆炸之一。通常伽马射线暴持续的时间相当短,在1秒以内。大于2秒的被称为“长伽马射线暴”,基本上持续时间很少达到1分钟以上。

而这天出现的伽马射线暴持续时间长达102秒!通常情况下,较长时间的爆发源于超新星爆炸,但是这次爆发中,科学家们没能探测到任何超新星爆发的痕迹。

经过五年的研究,美国国家航天局的科学家们最近提出,此次伽马射线暴的猛烈程度和持续时间可以用一个短暂存在的白洞加以解释。当时,这个白洞喷射出一些物质而后迅速塌陷,导致此次大规模爆发出现。因而,这可能成为人类发现的首个白洞。

然而,报导同时声明,这只是一种可能的解释,中间提出的一些条件并不能让大多数天文学家感到信服。

至少这让我们看到了一些曙光,在黑洞理论提出的最初几十年间,我们未能发现它的蛛丝马迹。科学家们正期待下一次怪异爆发的出现,以取得更多的观测数据。

时间旅行的可能性

虽然白洞理论听上去有些像天方夜谭,但物理学界一直就时间旅行的可能性进行相当严肃的研究。1949年库尔特‧哥德尔发现了广义相对论允许的新的时空这首次表明物理学定律的确允许人们在时间里旅行。

1905年,爱因斯坦在他的相对论理论中指出,时间并不是绝对的!根据物体质量和速度的不同,其存在的时间和空间也会发生变化。而在宇宙时空并非是平坦的,由于各种天体引力场的影响,在宇宙的不同位置,时间的“流速”也不一样。比如说,由于黑洞的强大引力场,在它附近的时间会发生显著的减缓,而在黑洞的内部,科学家们认为那是一个“时间的囚笼”,在那里时间是停滞的。

那么,让我们假设,一个宇航员在太空旅行时从黑洞的附近经过,在这过程中时间会变得非常慢。因而,当他再回到地球时,可能发现,地球上已经过了千年之久。

问题是,黑洞不允许任何物质逃脱!宇航员在接近黑洞时,即使没有被巨大的引力场拉扯成无数分散的粒子,也会被永远地囚禁在黑洞之内即使因为时间停滞可以寿与天齐,他也高兴不起来吧。

让人振奋的是,白洞以及连接黑白两洞的虫洞为我们提供了时空旅行的可能性。白洞的存在意味着被吸入黑洞的物质仍有“生还”的可能性,如果他们能够顺利通过虫洞,就有可能被从白洞中喷射出来,实现时空的跳跃。

有科学家认为,白洞于宇宙大爆炸的初期就已经存在。如果这是真的,那么我们可以推想,一个现在的黑洞可能通过某种我们目前未知的机制,连接到一个过去的白洞。这意味着,也许科学家们有朝一日能够回到宇宙诞生的之初,探索开天辟地的奥秘!

美国纽约城市大学物理学家、《自由空间》和《平行世界》两本书的作者米奇奥‧卡库说,“虫洞连接着将来,也连接着过去。但我们别太乐观了,因为供应时间机器的燃料绝不是人类目前的技术所能达到的”。卡库说,在时空这个物体上“钻孔”,需要一颗星星那么大的能量,或者相反,需要来自比“无”还要少的其它星体上的“负能量”。

所以,尽管我们很有可能发现了白洞,也许反方向的钟还没那么快能成为现实。然而,白洞和早期宇宙喷发之间的种种关联以及时间旅行的诱人可能,让我们不禁猜想:宇宙的终极密码,是否就隐匿在白洞之中。或许终有一日,科学家们会取得穿越大门的钥匙,时光机器也将和人类登月、海底潜水艇一样,从科幻小说中走入现实。

责任编辑:文星

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