[S02] 097 虫洞的来龙去脉

[S02] 097 虫洞的来龙去脉

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一、爱因斯坦-罗森桥

1、广义相对论场方程的计算中会出现奇点,爱因斯坦对奇点很不喜欢,在中年以后希望用坐标变换的方式去掉奇点,这项工作是爱因斯坦和罗森一起完成的,从图形上看,确实奇点消失了,变成了负无穷到正无穷的“桥梁”。

2、但这仅仅是数学处理上的技巧,爱因斯坦本意是想借此描述粒子物理,但因为粒子物理的基本理论还没建立,所以当时即便是再厉害的角色也没法统一引力和粒子。

3、但这项工作引起很多人兴趣,比如能否穿越时空呢?实际并不能完成穿越时空的动作,物质掉入爱因斯坦-罗森桥后还会和掉入黑洞的效果差不多。

4、白洞也是场方程的一种解,只不过初始条件在现在宇宙中不存在,而且时间反演上的几率也极低,就算几率可以,凡是黑洞和白洞都存在视界面,从外部观察者看,都没有东西可以进出,所以不具备穿越时空的现实意义。

 

二、虫洞的第一次提出:尺寸非常小

1、约翰·惠勒是第一个提出虫洞概念的,惠勒也是第一个提出黑洞的人,这个人对洞很有感觉。惠勒第一次描述的虫洞只有普朗克尺度大小。在这个尺寸下空间的拓扑会发生变化。

2、普朗克尺度是10^(-34)米的尺寸,实际物理测量中只有测到10^(-14)m,物理理论可以描述的尺寸也到不了这么小。

3、空间的拓扑是一个几何概念,机箱和篮球是拓扑等价的,但是和带把的杯子就不等价,因为杯子多了一个孔。

4、在普朗克尺度下的时空拓扑改变并没有理论描述,也没有实验验证,并且因为尺寸太小也无法完成物体的时空穿越。

 

三、可穿越虫洞从科幻小说中诞生

1、萨根的本职工作是天文学家,但也是业余科幻小说作家,他在1984年写《接触》的时候涉及到了人类去26光年以外的织女星,方法是通过黑洞穿越到织女星。但是他不确认这个方法在物理上可行不可行。于是向索恩咨询。

2、索恩否定了这个穿越的方法,他想起了20年前惠勒做的虫洞研究,于是决定重新研究一下,是否存在一个人可以穿越的虫洞,后来1985年《接触》发表,大卖,1997年拍成了电影。索恩和自己的研究生莫里斯在1987年发表了关于可穿越虫洞的研究。

3、索恩和莫里斯当年很谨慎,只是把这篇文章发表在一个中学物理教师看的杂志上,让这份杂志大放异彩。

 

四、可穿越虫洞的现实意义

1、索恩和莫里斯是从时空结构反推物质分布,这种逻辑不同于广义相对论研究的常用方法,一般是通过观察物质分布,然后推导空间是如何弯曲的。

2、这样的逻辑在数学上没有问题,但是物理上会导致一些问题:有可能推导出的物质分布在物理现实中不可能存在。

3、索恩的虫洞确实不符合物理现实,违反了所有场方程的能量条件,只有负能量物质出现才可以存在。负能量物质的意思是比空无一物的真空物质还少,这个说法不但物理上不现实,语法上都不正确。

4、但卡西米尔效应后来证实了确实存在负能量物质,但是非常弱。

5、索恩的研究生,同时后来也是霍金的研究生佩奇看到了索恩的虫洞后就发现,利用霍金的全局方法处理索恩的虫洞就能得到更好的结果,这个结果和度规的选择无关。最终得到结论:宇宙中不存在这样的虫洞,除非有负能量物质。

 

五、要穿越时空,需要大量负能量物质

1、要撑开1cm直径的虫洞,需要地球质量的负能量,要撑开1公里直径的虫洞需要一个太阳质量的负能量物质。超撑开1光年直径的虫洞,需要的负能物质的总量是银河系所有发光物质的100倍才行。

2、因为物质接近负能量物质会被撕裂,所以要穿越时空,必须要求负能量物质组成的虫洞足够大,半径为1光年的虫洞才能保证原子不撕裂。

3、要想理解宇宙学的知识需要仔细学数学,要想大致了解宇宙学的知识建议看有数学推导公式的科普书。


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用户评论
  • 张z_o4

    喵~

    卓老板聊科技 回复 @张z_o4:

  • 听友34742323

    卓老板,你好,这是我听了这么久第一次评论。我前两天受到了电话诈骗,报警后,警察却称以电话号码追踪定位的技术成本太高,我这个金额还不能采用技术侦查手段。我想问这个的成本究竟有多高呢?感谢!

    卓老板聊科技 回复 @听友34742323: 你第一个问题就和内容无关啊,这个成本问题得问警察,但不久前因为开学不少学生学费被骗身亡引起了有关部门的重视,电信运营商和警方第一次合作,才端掉了一大批。警察本来就是永远警力不够,多一事不如少一事,更何况要查这样的事儿是需要有指挥移动运营商权利的部门,警察就更无能为力了

  • 红尘囚徒

    卓老板,第二季到几号就做完了?第三季啥时候开始?

  • Thankall

    要么索性说奇异点,就不会错了

    皮很好 回复 @Thankall: 没这个概念

  • Thankall

    最近这几期总在qi点和ji点间切换,念什么真的无所谓,最好固定在一个上。

  • Brendan_Fan

    真是大神啊 卓老师

  • 听友20961524

    卓老板你好,请问喝茶叶是好还是不好?是不是适度的饮用就没有坏处了

    卖了个萌 回复 @听友20961524: 原则来说是这样

  • 听友27390265

    听说电荷不存在了,真的假的

  • 李欧阳李京成

    舒服的风格

  • 驿桥梅花

    沙发