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举个栗子:《来自星星的你》大结局中的虫洞是什么?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-16) 270次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:《来自星星的你》大结局中的虫洞是什么?

在昨晚热播韩剧《来自星星的你》大结局中,都教授没回成自己的星球,而是被吸入了虫洞中。都教授可以通过虫洞消失或出现在我们的世界中,甚至还能在虫洞内“休养生息”。虽然最后依旧和二千在一起了,但也在虫洞中进进出出了好些年。那么,这个“虫洞”是什么?

简单的来说,虫洞(Wormhole)是根据广义相对论理论,假想而成的一个穿过超空间、在两个相距遥远的空间间建立联系的隧道。在人们的设想中可以通过穿过(测量)长度很短的虫洞,从而跨越长距离的通常的时空。如果举例子的话,可以将一张纸条视作通常的空间,那么从位于纸条一端的一点到位于另一端的一点需要跨过一段距离;然而如果我们把纸条两端接在一起,那么两点间的距离就很短了。虫洞就类似这种“接起来”的两端。

虫洞实际上是个很早就诞生的概念,在 1916 年就从爱因斯坦场方程的解中发现了它,并由美国物理学家惠勒在 20 世纪 50 年代正式提出这一概念。随后在 80 年代中期,惠勒的学生基普?索恩对虫洞进行了定量计算,并推断了其性质。通过计算可以得知,如果要维持一个虫洞保持张开状态使其能够通过类似都教授这样的宏观物体,那么必须需要一类称作“奇异物”的特殊物质贯穿并支撑虫洞。之所以称为奇异物,是因为这种物质需要具有负的能量密度。如何理解“负的能量密度”能?简单的说,那就是对于通常物质而言,它们具有将光进行汇聚的引力效应,在物理上被等价的称为“正能量密度”。而奇异物则可以让光线发散,因此从光的角度来说,奇异物的能量密度为负。

从量子物理上来说,在微观的普朗克尺度(约 1.6×10-35 米)和普朗克时间(约 10-43 秒)上,由于量子涨落的存在,可以造成一定概率的时空扭曲,从而形成微型的虫洞。不过这种虫洞的尺寸也在普朗克尺度水平,无法用于传递都教授这种宏观物体。因此一个假想的可行的方式是通过某种手段,将处于普朗克尺度的虫洞抓住并放大到宏观尺度,并通过奇异物维持其存在。然而,假设是美好的,但是理论计算却不这么认为。首先,具有负能量密度的奇异物是否存在在科学上还存在争议。其次,即使奇异物存在,需要维持一个宏观虫洞所需的物质的质量也是十分惊人的。由于虫洞内部引力和半径呈负相关,而半径又和需要的奇异物质量呈正相关,因此如果要建立一个引力小到不足以撕碎都教授的虫洞的话,其半径需要超过数万公里,而维持如此大的虫洞质量则是太阳的数万倍。最后,霍金等人也通过计算表明,宏观时空固有的拓扑属性是无法改变的,即宏观的虫洞是无法凭空产生的。从以上可见,依靠虫洞进行空间旅行,或者像剧中所说的“存在于虫洞中”,实际上都还只是人类美好的幻想。

此外,电视中展现的教授消失(或出现)的场景,事实上并不像是虫洞造成的。这是由于假设存在一个宏观虫洞,那么我们应该可以看见从虫洞另一端所传来的光,这使得虫洞看起来更像是一个展现着另一端景象的球状(或其他形状,取决于奇异物的分布)空间。从这一角度来说,漫画《机器猫》中的“随意门”的特点反而更接近于一个虫洞。因此严格来说,电视剧展现的都教授“穿越时空”场景并不像是虫洞造成的。如果从更准确的角度解读的话,都教授能拥有“时不时的出现在地球上,然后又莫名其妙消失”的特殊能力,其实可能是由于都教授这个个体是整体量子化形式而导致的。当然,“整体量子化”也是来源于《球状闪电》及《三体》的科学幻想而已。


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