蟲洞為什麼能實現時間旅行（通過蟲洞時間旅行靠譜嗎）
2023-06-15 14:57:13 2
作者：周哲
時間旅行可行嗎？在理論上確實可行，就是通過蟲洞，不過真想實現還是挺困難的，各位聽我慢慢道來。
時間旅行這件事兒很早就有人幻想了，在科學中最早出現的依據就是愛因斯坦的相對論。很早的時候人們就發現時間似乎只有一個方向，就像熱力學第二定律的熵一樣，只增不減，象徵著時間一去不復返，可是相對論告訴我們，每個人的時間都是獨立的標尺，運動的速度特別快，接近光速了，或者在強引力場下，那在別人眼中看到的時間就會變慢，我們自己是感覺不出來的，所以才會有雙生子佯謬。
比如說哥哥去太空飛行了，回來之後哥哥可能比弟弟還年輕，這件事兒是真的，已經經過科學實驗原子鐘驗證過了，可以實現。於是人們最早是有了這樣一個假設，就是假如一個人可以光速飛行，那他的時間就應該是靜止的，如果再快點，超光速了，那時間就會倒流，他看到的世界就是向相反的方向發展的，人都倒著走，越活越年輕。但是這件事兒相對論告訴我們不允許，有質量的物體是不能被加速到光速的，這件事兒也是經過實驗驗證的，就是粒子對撞機，人們可以把粒子的速度加速到光速的99.999%，但是無論再增加多少能量，都不能超過光速。所以對於人來說那就更不可能了，這條路行不通。但額外說一句，其實相對論不是不允許超光速出現，而是不允許有質量的物體被加速到光速。如果有粒子天生就是超光速的，那它也不允許降到光速以下，相對論限制的是這個事兒，雖然具體有沒有這種粒子還不知道，但是名都起好了，物理學家索末菲把它叫做快子。光速以下的粒子我們生活當中的粒子都可以叫做慢子。
後來人們又發現，根據廣義相對論，我們周圍的引力越大，時空彎曲的越厲害，那麼時間也會走的越慢，如果引力無限大，那時間就會靜止，有沒有這個地方呢？有，就是黑洞。最早就是德國物理學家史瓦西根據廣義相對論給出的一個解，廣義相對論的場方程就是一個二階非線性偏微分方程組，它很開放，給出不同的條件得到的解是不一樣的，一般就是人們通過不同的邊界條件，得出一個解，然後再去賦予它物理意義。史瓦西黑洞就是這樣一種解，它的物理意義就是中心存在一個奇點，引力密度無限大。奇點被一個叫做事件視界的曲面包裹著，事件視界的半徑叫做史瓦西半徑。事件視界面上的光子對無窮遠處的黑洞外部觀測者來說是看不到的，相當於被無限紅移了，這個視界面又稱作無限紅移面。然後史瓦西半徑處叫做事件視界，這個面叫做無限紅移面。就是說只要站在無限紅移面上，別人看你的時間也會靜止，這點人們也是很明確的。但是事件視界內部具體是什麼結構，包括奇點是什麼結構，這人們就不是很清楚了。到現在物理學中也有很多種說法，不過我們慶幸的是黑洞已經被人們捕捉到了，而且我們現在已經有了兩張黑洞照片了。人們目前就只知道黑洞不停的吃東西，具體這些東西吃哪去了不知道，當時也沒有更好的解釋 。
1930年愛因斯坦和他的助手羅森又給出一個解，他們通過廣義相對論場方程給出一個模型。如果時空強烈彎曲，比如說我們可以把四維時空彎曲一下，讓這兩個點靠近，如果這兩個時空點處再存在一個時空隧道，那人就可以通過這個隧道瞬間轉移，甚至回到過去。於是這二位就發表了一篇論文，人們就把連接這兩個不同時空的隧道叫做愛因斯坦-羅森橋，像是一個橋一樣。但愛因斯坦羅森橋並不是中間的這個管子，而是圖中的管壁，因為這個平面就是我們的四維時空，我們要想通過隧道只能走管壁，中間就是更高維的時空了。這東西好啊！最早這種概念只在科幻小說中出現啊，這下好了，愛因斯坦帶著頭說可以穿越，大批量的科幻家作可算是有素材了，後來又是惠勒給起了個名，叫作蟲洞，wormhole蠕蟲洞。但其實愛因斯坦在論文裡就明確指出了，愛因斯坦羅森橋只是理論模型，不可以實現。為啥呢？因為按照這個模型，人要想通過蟲洞必須要超光速，這件事兒愛因斯坦是接受不了的，相對論也不允許，所以還是行不通。但這個時候在科幻作品中早都行得通了，人們高興的不得了。
再後來到了1964年蘇聯的一位物理學家叫做諾維科夫，他又根據史瓦西解給出了一個和史瓦西解相反的解，史瓦西黑洞只進不出，諾維科夫的解只出不進，也就是白洞。這個解再次給了物理學家靈感，美國有一位宇宙學家叫做卡爾薩根，他同時還是一位科幻作家。有一天他突發奇想，黑洞只進不出，白洞只出不進，那黑洞的另一側會不會就是白洞呢？於是一個完整的模型就出現了，黑洞吃東西，通過蟲洞傳輸，從白洞吐出來。在理論上就相當於是把三個模型聯繫在一起了。不過在現實中我們就只發現了疑似黑洞，蟲洞和白洞到目前還都沒有發現。
但人們有很多猜測，比如說有人認為宇宙大爆炸就是一次白洞噴發，還有人認為說2006年發現的伽馬射線暴就是白洞引起的，但都沒有經過證實。卡爾·薩根自己有點不敢確定這個模型行不行得通，於是他就去問當時專門研究廣義相對論的一位好朋友，就是吉普·索恩，索恩聽說之後表示這個想法很不錯！正好他最近正研究蟲洞，應該存在不用超光速就可以穿越的蟲洞。於是在1980年左右，薩根就寫了一篇科幻小說叫做《接觸》，1985年出版，1997年還拍成了同名電影，你看《接觸》裡人就是通過蟲洞時空旅行的。後來2004年索恩自己指導了一部電影《星際穿越》，在裡面時空旅行是通過黑洞卡岡圖雅。
索恩對蟲洞有很深刻的研究，他發現實際上有兩種蟲洞在理論上可以穿越，一種是歐幾裡得蟲洞一種是洛倫茲蟲洞。這兩種蟲洞大家在科幻作品中應該都感受過，歐幾裡得蟲洞又叫做瞬時蟲洞，就是假如存在一個歐幾裡得蟲洞，人一進去，就會瞬間在另外一個時空點出現。這個過程是感受不到時間流逝的，或者說經歷的是虛時間，就是瞬間轉移。而洛倫茲蟲洞是能感受到從進入到傳輸的這個過程的，也就是要花費真實的時間。但是歐幾裡得蟲洞並不是很穩定，只能短時間存在。而洛倫茲蟲洞在特定條件下是可以長時間存在的，蟲洞可以打通兩個時空點，進去就可以時空旅行，空間和時間可任意選，甚至回到過去，在理論上都允許。
既然時空旅行可以通過蟲洞來完成，那麼如何製造蟲洞呢？理論上在宇宙大爆炸初期會留下一些原初蟲洞，就像原初黑洞一樣，但是目前還沒發現。要想人工製造蟲洞我們需要大量的負能量。不是情緒低落的負能量，而是負能物質。負物質也不是反物質，反物質是具有正質量的，負能物質具有負質量。這是我們生活中想像不出來的。如果存在負質量物體，我們推它一把，它的作用力就是相反的，它會向相反的方向跑。雖然負質量物質有沒有還不知道，但是負能量的確是存在的，在物理學中有一個卡西米爾效應，說的是真空中兩塊相近的平行金屬板之間會存在莫名其妙的壓力，這個壓力的來源就是負能量。具體如何製造大量的負能物質人們也不是很清楚，而且想要維持一個蟲洞需要超級多的負能物質。根據物理學家推算，一個半徑1cm的蟲洞需要地球質量這麼多負能物質！如果想要人能通過的蟲洞還不能正好是人的大小，蟲洞會具有相當大的負壓力，表現出來就是張力，瞬間把人甚至是原子都撕碎。如果想要原子不被撕碎至少需要蟲洞的半徑在1光年開外。那可想而知需要多少負能物質，整個銀河系都不夠。
綜上所述，時間旅行雖然在理論上可行，但是目前還無法實現。但人類的目標一直都是星辰大海，沒準哪天就實現了呢！如果可以時間旅行，你最想去何時何地呢？
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