科幻篇 相对论

上一章 目录 下一章
科幻题材资料相对论的发现时间旅行
(起2W点2W中2W文2W网更新时间:200591611:34:00本章字数:916)
时间旅行也许意味着可以去修正或改变命运的发展,或是与历史上的风云人物们一起去见证伟大的历史事件;人们当然也有可能去未来旅行,比如去那里了解股市行情,探知科学上的新发现。时间旅行打开了一扇既可以回到过去又可以踏入未来的大门。
如果认为时间旅行仅仅只是一个科幻小说的题材,那就大错特错了,因为相对论的思想表明,时间旅行是可能的。
狭义相对论证明高速旅行会使时间变慢,假定将来的某个时候,人们已解决了所有的技术难题,能够制造一艘以亚光速飞行的宇宙飞船,一定意义上的时间旅行就变成可能了。如果飞船以亚光速从地球出发向遥远的星系飞去,来回的旅程仅仅几年(按飞船上的时间),但在此期间地球上却已过去了几千年,一切都发生了天翻地覆的变化。如果人类文明依然还存在的话,那又会是一个什么新的模样呢?
广义相对论表明,时空可以不是平坦的,而是弯曲的。我们可以在地球与宇宙遥远的地方这两点之间凿出一个虫洞,然后用某种“奇异物质”把洞口撑开,使之成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道,让我们在瞬间到达遥远的彼岸。然后当我们返回时,虫洞的奇异性质让我们年轻了很多。
广义相对论判定足够的质量能改变和扭曲时空,数学家法兰克·提普勒据此设想了把时空卷起来的时间旅行方法。他认为,如果太空中的一个巨大物体以一半光速旋转,时空便会扭曲折回。因此,只要将来有人制造一个巨大的圆筒,它的长约为直径的10倍,然后使圆筒以15万公里/秒的速度旋转,便会使圆筒中央附近产生一个扭曲折回的时空。
要将这圆筒当时间机器使用,宇宙飞船一定要开到圆筒的中心沿圆筒内壁盘旋飞行:逆圆筒旋转的方向航行是驶入过去,顺圆筒旋转的方向航行是驶入未来,每盘旋一周都使宇宙飞船更深入过去或未来一些。时间旅行者到达了目的时间,便将飞船驶离圆筒。有一件必须明了的事是,正像所有理论上的时间机器一样,就是驶向过去无论怎样也不能到达比制成圆筒更早的时间。
时间旅行是一个极具幻想色彩、也极具魅力的话题,长期以来,科学家们提出的方案一个又一个,时间旅行可能遇到的问题也被热烈讨论着。总有一天,相对论迷人的光芒会照耀着我们开始真正的时间旅行。
好书尽在www.cmfu.com
科幻题材资料相对论的发现原子裂变
(起7S点7S中7S文7S网更新时间:200591611:35:00本章字数:1115)
1905年11月,爱因斯坦同样在德国《物理学纪事》杂志上发表了关于狭义相对论的第二篇文章:《物体的惯性同它所包含的能量有关吗?》,这是一篇短文,在这篇论文中,他提出一个物体的质量并不是恒定不变的,而是随着运动速度的增加而增加。这就是运动中物体的“质增效应”。
现在我们想象我们在推一辆小板车,板车很轻,上面什么东西也没有。假设这是一辆在真空中的“理想”板车,没有任何摩擦力、也没有任何阻力,因此,只要我们持续地推它,它的速度就越来越快,但随着时间的推移,它的质量也越来越大,起初像车上堆满了钢铁,然后好像是装着一座喜马拉雅山、再然后好像是装着一个地球、一个太阳系、一个银河系……当小板车接近光速时,好像整个宇宙都装在它上面——它的质量达到无穷大。这时,你无论施加多大力,无论推多长时间,它都不可能运动得再快一些。
由此可见,光子既然以光速传播,它的静止质量就必须等于零,否则它的运动质量就会无穷大。
当物体运动接近光速时,我们不断地对物体施加外力,供给能量,可物体速度的增加越来越困难,我们施加的能量去哪儿了呢?其实能量并没有消失,而是转化为了质量。这就是说,物体质量的增加与动能增加有着密切联系,或者说物体的质量与能量之间有着密切联系。爱因斯坦在说明这种联系的过程中,提出了著名的质能关系式:e=mc2.
能量等于质量乘以光速的平方,即使是在不甚关心其实用价值的纯理论型的物理学家看来也是惊心动魄的,而在绝大多数人眼里,能量等于质量乘以光速的平方,即能量是质量的900万倍,是多么诱人的前景呀!指甲盖般大小的物质的质量如果完全消失,其释放的能量是用以万吨煤炭来计算的。
遗憾的是,没人能随便减少质量,譬如一块石头,我们尽可以用锤子砸成小块,然后碾成碎末,可是当你仔细地收集这些碎末后就会发现它的质量并未变化。
但是,十几年后的1939年,约里奥·居里、费米、西拉德这三位科学家分别独立发现了链式反应,使人类找到了释放巨大原子能的方法。铀235的核收到中子轰击就会发生裂变,分裂成两个中等质量的新原子核,放出1~3个中子,并释放出巨大能量,这些中子又能引发其它铀核再分裂,如此反复,形成连锁反应,不断释放巨大能量。这就是链式反应。
链式反应使原子能成为杀伤力巨大的新武器。仅仅在几年后,人类第一颗原子弹在美国爆炸成功,紧接着日本人遭受了人类历史上最残酷的惩罚,几十万人死伤,其中一部分人瞬间还被原成基本粒子,真成了魂飞魄散。e=mc2在给人间带来希望之前,带来的先是致命的创伤,这一切对于深爱和平的爱因斯坦来说无疑是一记重拳,直至临死前他仍为此痛心不已。
起7S点7S中7S文7S网7S授权发布好书尽在www.cmfu.com
科幻题材资料相对论的发现宇宙大爆炸
(起9P点9P中9P文9P网更新时间:200591611:35:00本章字数:1266)
令我们这些当代人感到惊诧的是,迟至1917年,那些人类最具智慧的大脑仍然以为我们的银河系就是整个宇宙,而这个银河系大小的宇宙永远都是稳定不变的,既不会变大也不会变小,这就是流传了千百年的稳恒态宇宙观。
1917年,爱因斯坦试图根据广义相对论方程推导出整个宇宙的模型,但他发现,在这样一个只有引力作用的模型中,宇宙不是膨胀就是收缩。为了使这个宇宙模型保持静止,爱因斯坦在他的方程里额外增加了一个新的概念——宇宙常数,它表示的是一种斥力,同引力相反,它随着天体之间距离的增大而增强。这是一个假想的、用以抵消引力作用的力。
然而,爱因斯坦很快发现自己错了。因为科学家们很快发现,宇宙实际上是膨胀的!
最早观察到这一点的是20世纪的天文学之父哈勃。哈勃1889年出生于美国的密苏里州,毕业于芝加哥大学天文系。1929年,哈勃发现所有星系都在远离我们而去,这表明宇宙正在不断膨胀。这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀,因此,在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀,从任何一个星系来看,一切星系都以它为中心向四面散开,越远的星系间彼此散开的速度越大。
宇宙的膨胀意味着,在早先,星体相互之间更加靠近,并且在更遥远过去的某一刻,它们似乎在同一个很小的范围内。
宇宙膨胀的消息传到著名物理学家伽莫夫那里去的时候,立即引起了这位学者的兴趣。乔治·伽莫夫出生于俄国,自小对诗歌、几何学和物理学都深感兴趣,在大学时期成为物理学家弗里德曼的得意门生。弗里德曼曾在爱因斯坦之后提出了重要的宇宙膨胀模型,伽莫夫也成为宇宙膨胀理论的热心支持人之一。1945年,人类史上第一颗原子弹爆炸成功,看着蘑菇云升起的照片,伽莫夫突发灵感:把原子弹规模“放大”到无穷大,不就成了宇宙爆炸吗?他把核物理知识和宇宙膨胀理论结合起来,逐渐形成了自己的一套大爆炸宇宙理论体系。
1948年,伽莫夫和他的学生阿尔法合写了一篇著名论文,系统地提出了宇宙起源和演化的理论。与我们惯常的想法不同,这个创生宇宙的大爆炸不是发生在一个确定的点,然后向四周的空气传播开去的那种爆炸,而是空间本身在扩展,星系物质随着空间的扩展而分开。
根据大爆炸宇宙论,极早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体,温度极高,密度极大,且以很大的速率膨胀着。伽莫夫还作出了一个非凡的预言:我们的宇宙仍沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中,不过温度已降到6K左右。正如一个火炉虽然不再有火了,还可以冒一点热气。
1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师——彭齐亚斯和威尔逊,因一次偶然的机会发现了伽莫夫所预言的早期宇宙的残余辐射,经过测量和计算,得出这个残余辐射的温度是2.7K(比伽莫夫预言的温度要低),一般称为3K宇宙微波背景辐射。这一发现有力的佐证了宇宙大爆炸理论。
广义相对论的智慧之处就在于,它从诞生起就能描述整个完整的宇宙,即使那些未知的领域也被全部囊括进去。让它对付像太阳系这样小小的、很普通的时空领域可真是大材小用了。
起9P点9P中9P文9P网9P授权发布好书尽在www.cmfu.com
科幻题材资料相对论的发现暗能量
(起5N点5N中5N文5N网更新时间:200591611:36:00本章字数:1125)
宇宙常数死而复生——暗能量
在发现了宇宙膨胀这个事实后,爱因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常数项去掉了,并认为宇宙常数是他“一生中最大的错误”。随后,宇宙常数被抛进历史的垃圾堆。
然而造化弄人,几十年后,宇宙常数又像鬼魂般的复活了。这次宇宙常数的复活要归因于暗能量的发现。
1998年,天文学家们发现,宇宙不只是在膨胀,而且在以前所未有的加速度向外扩张,所有遥远的星系远离我们的速度越来越快。那么一定有某种隐藏的力量在暗中把星系相互以加速膨胀的方式撕扯开来,这是一种具有排斥力的能量,科学家们把它称为“暗能量”。近年来,科学家们通过各种的观测和计算证实,暗能量不仅存在,而且在宇宙中占主导地位,它的总量约达到宇宙总量的73%,而宇宙中的暗物质约占23%、普通物质仅约占4%.我们一直以为满天繁星就已经够多了,宇宙中还有什么能比得上它们呢?而现在,我们才发现这满天繁星却是“弱势群体”,剩下的绝大部分都是我们知之甚少或干脆一无所知的,这怎么不让人感到惊心动魄呢!
事实上,早在1930年,就有天体物理学家指出,爱因斯坦那加入了宇宙常数的宇宙学方程并不能导出完全静态的宇宙:因为引力和宇宙常数是不稳定的平衡,一个小小的扰动就能导致宇宙失控的膨胀和收缩。而暗能量的发现告诉我们,爱因斯坦那作为与引力相抗衡的宇宙常数不仅确确实实存在,而且大大扰动了我们的宇宙,使宇宙的膨胀速率严重失控。在经历了一系列曲折后,宇宙常数正在时间中复活。
宇宙常数今日以暗能量的面目出现在世人面前,它所产生的汹涌澎湃的排斥力已令整个宇宙为之变色!暗能量和引力之间的角力战自宇宙诞生起就没有停止过,在这场漫长的战斗中,最举足轻重的就是彼此的密度。物质的密度随着宇宙膨胀导致的空间增大而递减;但暗能量的密度在宇宙膨胀时,变化得非常缓慢,或者根本保持不变。在很久以前,物质的密度是较大的,因此那时的宇宙是处于减速膨胀的阶段;现今的暗能量密度已经大于物质的密度,排斥力已经从引力手中彻底夺得了控制权,以前所未有的速度推动宇宙膨胀。根据一些科学家的预测,再过200多亿年,宇宙将迎来动荡的末日,恐怖的暗能量终将把所有的星系、恒星、行星一一撕裂,宇宙将只剩下没有尽头的寒冷、黑暗。
暗能量的发现,也充分地体现了人类认知过程又走进了一个“悖论怪圈”:即宇宙中所占比例最多的,反而是最迟也是最难为我们所知晓的。一方面人类现在对宇宙奥秘的了解越来越多,另一方面我们所要面对的未知也越来越多。而这日益深远的未知又反过来不断刺激着人类去探索宇宙背后的真相。
暗能量是怎么来的?它将如何发展?这已经是21世纪宇宙学所面临的最重大问题之一。
起5N点5N中5N文5N网5N授权发布好书尽在www.cmfu.com
科幻题材资料相对论的发现宇宙黑洞
(起9m点9m中9m文9m网更新时间:200591611:38:00本章字数:1183)
广义相对论表明,引力场可以造成空间弯曲,强大的引力场可以造成强烈的空间弯曲,那么无限强大的引力场会产生什么情况呢?
1916年爱因斯坦发表广义相对论后不久,德国物理学家卡尔·史瓦西就用这个理论描绘了一个假设的完全球状星体附近的空间和时间是如何弯曲的。他证明,假如星体质量聚集到一个足够小的球状区域里,比如一个天体的质量与太阳相同,而半径只有3公里时,引力的强烈挤压会使那个天体的密度无限增大,然后产生灾难性的坍塌,使那里的时空变得无限弯曲,在这样的时空中,连光都不能逃逸!由于没有了光信号的联系,这个时空就与外面的时空分割成两个性质不同的区域,那个分割球面就是视界。
这就是我们今天耳熟能详的黑洞,但在那个年代,几乎没有人相信有这么奇怪的天体存在,甚至包括爱因斯坦本人和爱丁顿这样的相对论大师也明确表示反对这种怪物,爱因斯坦还说他可以证明没有任何星体可以达到密度无限大。就连黑洞这个名称也是一直到1967年才由美国物理学家惠勒命名。
历史当然不会因此而停止前进,时间进入20世纪30年代,美国天文学家钱德拉塞卡提出了著名的“钱德拉塞卡极限”,即:一颗恒星当其氢核燃尽后的质量是太阳质量的1.44倍以上时,将不可能变成白矮星,而会继续坍塌收缩,变成体积比白矮星更小、密度比白矮星更大的星体,即中子星。1939年,美国物理学家奥本海默进一步证明,一颗恒星当其氢核燃尽后的质量是太阳质量的3倍以上时,其自身引力的作用将能使光线都不能逃出这个星体的范围。
随着经验的积累,关于黑洞的理论变得成熟起来,人们从彻底拒绝这个怪物到渐渐相信它,到20世纪60年代,人们已普遍接受黑洞的概念,黑洞的奥秘被逐渐研究出来。
严格而言,黑洞并不是通常意义下的“星”,而只是空间的一个区域。这是与我们日常宇宙空间互不连通的区域,黑洞视界将这两个区域隔绝开,在视界以外,可以由光信号在任意距离上相互联系,这就是我们所居住的正常宇宙;而在视界以内,光线并不能自由地从一个地方传播到另一个地方,而是都朝向中心集聚,事件之间的联系受到严格限制,这就是黑洞。
在黑洞的内部,物体向黑洞坠落的过程中,潮汐力越来越大,在中心区域,引力和起潮力都是无限大。因此,在黑洞中心,除了质量、电荷和角动量以外,物质其他特性全部丧失,原子、分子等等都将不复存在!在这种情形下,无法谈论黑洞的哪一部分物质,黑洞是一个统一体!
在黑洞中心,全部物质被极为紧密地挤压成为一个体积无限趋近于零的几何点,任何强大的力量都不可能把它们分开,这就是所谓的“奇点”状态。广义相对论无法对此进行考察,而必须代之以新的正确理论——量子理论。讽刺的是,广义相对论给我们导出了一个黑洞,却在黑洞的奇点之处失效,量子理论取而代之,而量子理论和相对论却根本互不相容!
科幻题材资料单星控制说(新宇宙形成论)
(起5T点5T中5T文5T网更新时间:2005122823:49:00本章字数:1743)
最早的宇宙时代:有一颗巨大的颗子球,约为70亿光年,由于它时刻进行着引力收缩,它又是实心的。终于,在它的自身引力下,它粉碎了,又进过了长时间的粒子碰撞,粉碎的粒子变成了球形的颗子(颗子,一种新粒子,实心的,物质的极限。)。
幼年宇宙期:颗子间互相粘合,聚成一个个没有核心只有一层颗子层(紧密相接)的战子(战子一种新粒子,不可毁灭。。颗子层也自转,是围绕虚拟的中心转动,就是离心力的作用。颗子是实心的,所以没有其他运动。战子们也互相紧密相接,形成了战子球,此时约90亿度。由于离心力的作用和杠杆原理,

内部5分之一体积的战子球形区的转速不断减慢,引力不断增强。而外部的转速却增高,引力减弱。它们俩分开来。内部战子球形区继续收缩,由于颗子是实体的,有弹性。战子球形区立即崩溃,爆炸、(叫做初新星爆炸,其他星没有这一过程,因为其他星是直接由分子组合而成的)粉碎成战子。可力量太小了,并没冲动外部。内部的战子们进一步结合,3个3个一结合,像中子的结构一样。从超子、极子、能子、夸克到中子。有的超子遇不上其他超子,便独立起来,叫做电子。环绕一些中子形成质子,质子又和中子因距离引力的限制,形成了不同的原子核,电子们又反向(相对于质子)环绕原子核形成了原子、分子、各种元素。然后它们不断聚合、收缩,形成一颗约5亿光年(直径)的超巨大原始星。它没有卫星这就是日后控制宇宙命运的中央单星,由于巨大的星寿命短,所以仅一百年后,它便以极超新星(日本人的发现)的形势崩溃了。
中年宇宙期:这个力量达到了足够大,立即把战子球的外部给轰碎了。这也就是宇宙大爆炸,此时约一百亿度。
被炸碎的战子连同中央单星的外层一起化成战子,战子们进一步结合,3个3个一结合,像中子的结构一样。从超子、极子、能子、夸克到中子。有的超子遇不上其他超子,便独立起来,叫做电子。环绕一些中子形成质子,质子又和中子因距离引力的限制,形成了不同的原子核,电子们又反向(相对于质子)环绕原子核形成了原子、分子、各种元素。以后,大部分的宇宙就按照现今的学说发展了。
宇宙大爆炸后,中央单星的内核已经变成了一个黑洞(中央黑洞)。但是中央黑洞以外的宇宙物质,已经被中央单星的极超新星轰到中央黑洞的史瓦西半径外面去了,它们脱离了黑洞的食力(致使吸入的引力),但没脱离它的引力(太阳吸地球式的)。在宇宙大爆炸时,中央黑洞以外的宇宙物质们,主要靠中央单星的极超新星爆炸力膨胀,所以非常快。宇宙大爆炸后,物质们已经变成了元素。元素们像地球绕太阳地绕着中央黑洞,但是它们的离心力大于吸引力,于是,宇宙就不断地加速膨胀。
宇宙里有许多空洞,这是黑洞的缘故。宇宙大爆炸时,由于强大的压力,满宇宙产生了许多黑洞。质量一半和一半以上于中央黑洞的黑洞,吸的周围什么也没有,就形成了空洞。
其他的小的黑洞,便吸引宇宙物质,组成类星体,在它的作用下,变成星系。还有一些居中的,压缩到超子星的就变成总星系的中心,围绕中央黑洞转。压缩到极子星的就变成超银河团的中心,围绕超子星(上文的)转。压缩到能子星的就变成银河团的中心,围绕极子星(上文的)转。压缩到夸克星的就变成银河群的中心,围绕能子星(上文的)转。然后是各星系的黑洞,围绕夸克星转。
老年宇宙期:随着中央黑洞的不断压缩,其变成了夸克星,然后是能子星,然后是极子星,然后是超子星。超子星时,宇宙不膨胀了,平衡了。中央单星的引力在这时终于追上了它的自转产生的全宇宙离心力,达到全宇宙的平衡。再以后,中央单星压缩为战子星,宇宙大收缩的时代终于来临了。尽管战子星只是超子星的三分之一,但引力和离心力这个东西,可是差一点就变化。
星系撞击星系,恒星互相融化了。各黑洞和其他能吃掉天体的星,如中子星,白矮星,超子星等,也互相吃掉了。中央单星开始还能吃掉一些星体,恒星融化,黑洞互吃之后,全宇宙变为战子球状态,密度增大,中央单星也被撕碎了。整个又是一个战子球,温度90亿度以上。回到幼年宇宙期,但是没有形成颗子球,因为颗子是实心的,不可毁灭,所以战子也异常坚固,不可毁灭。所以,宇宙最后只剩下了战子球,重新进入了幼年宇宙期。以后就是从幼年宇宙期开始不断地循环。
虫洞的出现,几乎何以说是和黑洞同时的。
在史瓦西发现了史瓦西黑洞以后,理论物理学家们对爱因斯坦常方程的史瓦
西解进行了几乎半个世纪的探索。包括上面说过的克尔解、雷斯勒——诺斯特朗
姆解以及后来的纽曼解,都是围绕史瓦西的解研究出来的成果。我在这里将介绍
给大家的虫洞,也是史瓦西的后代。
虫洞在史瓦西解中第一次出现,是当物理学家们想到了白洞的时候。他们通
过一个爱因斯坦的思想实验,发现时空可以不是平坦的,而是弯曲的。在这种情
况下,我们会十分的发现,如果恒星形成了黑洞,那么时空在史瓦西半径,也就
是视界的地方是与原来的时空完全垂直的。在不是平坦的宇宙时空中,这种结构
就以为着黑洞的视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合,然后在那里产生一
个洞。这个洞可以是黑洞,也可以是白洞。而这个弯曲的视界,叫史瓦西喉,也
就是一种特定的虫洞。
自从在史瓦西解中发现了虫洞,物理学家们就开始对虫洞的性质感到好奇。
我们先来看一个虫洞的经典作用:连接黑洞和白洞,成为一个爱因斯坦——
罗森桥,将物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子,然后通过这个虫洞(即
爱因斯坦——罗森桥)被传送到这个白洞的所在,并且被辐射出去。
当然,前面说的仅仅是虫洞作为一个黑洞和白洞之间传送物质的道路,但是
虫洞的作用远不只如此。
黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然,这种连接无论是如何的将强,
它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。
虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具,它还开宇宙的正常时空中出现,成为
一个突然出现在宇宙中的超空间管道。
虫洞没有视界,踏有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和
超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线
和另一条曲线相切,在虫洞的问题中,它就好比是一个四维管道和一个三维的空
间相切,在这里时空曲率不是无限大。因而我们现在可以安全地通过虫洞,而不
被巨大的引力所摧毁。
那么虫洞都有些什么性质呢?
利用相对论在不考虑一些量子效应和除引力以外的任何能量的时候,我们得
到了一些十分简单、基本的关于虫洞的描述。这些描述十分重要,但是由于我们
研究的重要是黑洞,而不是宇宙中的洞,因此我在这里只简单介绍一下虫洞的性
质,而对于一些相关的理论以及这些理论的描述,这里先不涉及。
虫洞有些什么性质呢?最主要的一个,是相对论中描述的,用来作为宇宙中
的告诉火车。但是,虫洞的第二个重要的性质,也就是量子理论告诉我们的东西
又明确的告诉我们:虫洞不可能成为一个宇宙的告诉火车。虫洞的存在,依赖于
一种奇异的性质和物质,而这种奇异的性质,就是负能量。只有负能量才可以维
持虫洞的存在,保持虫洞与外界时空的分解面持续打开。当然,狄拉克在芬克尔
斯坦参照系的基础上,发现了参照系的选择可以帮助我们更容易或者难地来分析
物理问题。同样的,负能量在狄拉克的另一个参照系中,是非常容易实现的,因
为能量的表现形式和观测物体的速度有关。这个结论在膜规范理论中同样起到了
十分重要的作用。根据参照系的不同,负能量是十分容易实现的。在物体以近光
速接近虫洞的时候,在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的
速度可以进入虫洞,而速度离光速太大,那么物体是无论如何也不可能进入虫洞
的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。
但是虫洞并没有这么太平。前面说的是在安静的相对论中的虫洞,在暴躁的
量子理论中,虫洞的性质又有了十分重要的变化。
我们想先来看在黑洞中的虫洞,也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。
黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下,会被黑洞的引力能“喂”
大,成为十分的能量辐射。这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。
在没有黑洞包围的虫洞中,由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”,虫洞
本身也不可能开启太久。虫洞有很大几率被随机打开,但是有更大的几率突然消
失。虫洞打开的时间十分短,仅仅是几个普朗克时间。在如此短的“寿命”中,
即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途,而在半路由于虫洞的消失而在整个时空
中消失,成为真正的四维时空组旅行者。
而且,在没有物体通过虫洞的时候,虫洞还比较“长寿”,而一旦有物体进
入了虫洞,如果这个物体是负能量的,那么还好,虫洞会被撑开;但是如果物体
是正能量的,那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉。而在宇宙中,
几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落,而这些辐射都是正能量的,
因此几乎可以肯定,在自然情况下是不存在虫洞的。
那么虫洞是如何产生的呢?
虫洞的自然产生机制有两种:
其一,是黑洞的强大引力能;
其二,是克尔黑洞的快速旋转,其伦斯——梯林效应将黑洞周围的能层中的
时空撕开一些小口子。这些小口子在引力能和旋转能的作用下被击穿,成为一些
十分小的虫洞。这些虫洞在黑洞引力能的作用下,可以确定它们的出口在那里,
但是现在还不可能完全完成,因为量子理论和相对论还没有完全结合。虫洞有几种说法
一是空间的隧道,就像一个球,你要沿球面走就远了但如果你走的是球里的一条直径就近了,虫洞就是直径
二是黑洞与白洞的联系
三是你说的时间隧道,根据爱因斯坦所说的你可以进行时间旅行,但你只能看,就像看电影,却无法改变发生的事情,因为时间是线行的,事件就是一个个珠子已经穿好,你无法改变珠子也无法调动顺序
到现在为止,我们讨论的都是普通“完美”黑洞。细节上,我们讨论的黑洞都不旋转也没有电荷。如果我们考虑黑洞旋转同时/或者带有电荷,事情会变的更复杂。特别的是,你有可能跳进这样的黑洞而不撞到奇点。结果是,旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞,你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来。这样的黑洞和白洞的组合叫做虫洞。
白洞有可能离黑洞十分远;实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”—那就是,一个时空区域,除了虫洞本身,完全和我们在的区域没有连接。一个位置方便的虫洞会给我们一个方便和快捷的方法去旅行很长一段距离,甚至旅行到另一个宇宙。或许虫洞的出口停在过去,这样你可以通过它而逆着时间旅行。总的来说,它们听起来很酷。
但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前,你因该知道两件事。首先,虫洞几乎可以肯定不存在。正如我们上面我们说到白洞时,只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在。特别的,当黑洞由普通物质坍塌形成(包括我们认为存在的所有黑洞)并不会形成虫洞。如果你掉进其中的一个,你并不会从什么地方跳出来。你会撞到奇点,那是你唯一可去的地方。
还有,即使形成了一个虫洞,它也被认为是不稳定的。即使是很小的扰动(包括你尝试穿过它的扰动)都会导致它坍塌。
后,即使虫洞存在并且是稳定的,穿过它们也是十分不愉快的。贯穿虫洞的辐射(来自附近的恒星,宇宙的微波背景等等)将蓝移到非常高的频率。当你试着穿越虫洞时,你将被这些X射线和伽玛射线烤焦。虫洞的出现,几乎何以说是和黑洞同时的。
在史瓦西发现了史瓦西黑洞以后,理论物理学家们对爱因斯坦常方程的史瓦西解进行了几乎半个世纪的探索。包括上面说过的克尔解、雷斯勒——诺斯特朗姆解以及后来的纽曼解,都是围绕史瓦西的解研究出来的成果。我在这里将介绍给大家的虫洞,也是史瓦西的后代。
虫洞在史瓦西解中第一次出现,是当物理学家们想到了白洞的时候。他们通过一个爱因斯坦的思想实验,发现时空可以不是平坦的,而是弯曲的。在这种情况下,我们会十分的发现,如果恒星形成了黑洞,那么时空在史瓦西半径,也就是视界的地方是与原来的时空完全垂直的。在不是平坦的宇宙时空中,这种结构就以为着黑洞的视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合,然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞,也可以是白洞。而这个弯曲的视界,叫史瓦西喉,也就是一种特定的虫洞。
自从在史瓦西解中发现了虫洞,物理学家们就开始对虫洞的性质感到好奇。
我们先来看一个虫洞的经典作用:连接黑洞和白洞,成为一个爱因斯坦——罗森桥,将物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子,然后通过这个虫洞(即爱因斯坦——罗森桥)被传送到这个白洞的所在,并且被辐射出去。
当然,前面说的仅仅是虫洞作为一个黑洞和白洞之间传送物质的道路,但是虫洞的作用远不只如此。
黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然,这种连接无论是如何的将强,它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。
虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具,它还开宇宙的正常时空中出现,成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道。
虫洞没有视界,踏有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切,在虫洞的问题中,它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切,在这里时空曲率不是无限大。因而我们现在可以安全地通过虫洞,而不被巨大的引力所摧毁。
那么虫洞都有些什么性质呢?
利用相对论在不考虑一些量子效应和除引力以外的任何能量的时候,我们得到了一些十分简单、基本的关于虫洞的描述。这些描述十分重要,但是由于我们研究的重要是黑洞,而不是宇宙中的洞,因此我在这里只简单介绍一下虫洞的性质,而对于一些相关的理论以及这些理论的描述,这里先不涉及。
虫洞有些什么性质呢?最主要的一个,是相对论中描述的,用来作为宇宙中的告诉火车。但是,虫洞的第二个重要的性质,也就是量子理论告诉我们的东西又明确的告诉我们:虫洞不可能成为一个宇宙的告诉火车。虫洞的存在,依赖于一种奇异的性质和物质,而这种奇异的性质,就是负能量。只有负能量才可以维持虫洞的存在,保持虫洞与外界时空的分解面持续打开。当然,狄拉克在芬克尔斯坦参照系的基础上,发现了参照系的选择可以帮助我们更容易或者难地来分析物理问题。同样的,负能量在狄拉克的另一个参照系中,是非常容易实现的,因为能量的表现形式和观测物体的速度有关。这个结论在膜规范理论中同样起到了十分重要的作用。根据参照系的不同,负能量是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候,在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞,而速度离光速太大,那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。
但是虫洞并没有这么太平。前面说的是在安静的相对论中的虫洞,在暴躁的量子理论中,虫洞的性质又有了十分重要的变化。
我们先来看在黑洞中的虫洞,也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。
黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下,会被黑洞的引力能“喂”大,成为十分的能量辐射。这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。
在没有黑洞包围的虫洞中,由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”,虫洞本身也不可能开启太久。虫洞有很大几率被随机打开,但是有更大的几率突然消失。虫洞打开的时间十分短,仅仅是几个普朗克时间。在如此短的“寿命”中,即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途,而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失,成为真正的四维时空组旅行者。
而且,在没有物体通过虫洞的时候,虫洞还比较“长寿”,而一旦有物体进入了虫洞,如果这个物体是负
书书网手机版 m.1pwx.com