01.30 何為蟲洞?能讓我們穿越時空嗎?

愛因斯坦提出相對論,至今已過去了一百多年,這套理論深刻的改變了物理學基礎,同時也深刻影響了大眾生活。現如今耳熟能詳的“

光速”、“時空”、“黑洞”、“穿越”等名詞,都是受相對論的影響而被大眾所熟悉的,今天我們就來談談將以上幾個名詞糅合到一起的“蟲洞”,是否科幻作品的穿越真的可以在蟲洞中實現呢?

何為蟲洞?能讓我們穿越時空嗎?

“蟲洞”這一名詞最早是由物理學家惠勒所命名的,它代表著時空間的連接通道,比如一個宇宙中的不同位置的相互連接,甚至是多個宇宙之間的連接(雖然多重宇宙這一概念並沒有被證實,但理論上也並沒有否認它的存在,就好像蟲洞本身一樣,我們至今都沒有在宇宙間探測到一個蟲洞,但蟲洞的概念卻早已家喻戶曉)。

如果上段所述還不是能夠很直觀的說明蟲洞,那麼我們換個說法,想象一個蘋果,假如一個微小的生物生活在蘋果表面,這個小生物和蘋果之間的關係就像我們和宇宙一般,某天這個小生物想要從蘋果表面上的一點前往另一面上的一點,很顯然,兩點之間的路徑存在無數條,但無數條路徑顯然不是小生物想要的答案,那麼這個小生物該如何選取一條最優路徑呢?

首先,最優路徑實際上就是指最短路徑,那麼這條最短路徑該如何選取呢?

何為蟲洞?能讓我們穿越時空嗎?

說到這,可能很多人會想起那麼一條定理,叫做“兩點之間直線最短”,然而此時我們發現,小生物所在表面並不是平直的,而是一個彎曲的,那麼對於這個最短路徑到底該如何確定呢?

為了方便解釋,我們假設這個蘋果是一個標準的球體,於是這個問題就可以近似的看做飛機從中國出發,橫跨太平洋抵達美國,該如何選擇路線呢。實際上這個問題早在幾何學當中就得到了解決,如果我們將平面上的兩點之間直線最短搬到一個球面上,那麼球面上兩點間的最短路徑就是以球心、球面上兩點,這三點作一個圓,兩點間的圓弧段就是最短路徑,我們也可以稱之為測地線

剛才的討論我們解決了如何找最短路徑的問題,但換個角度考慮,這些解決辦法都是建立在常規思路上的,我們能否想出一種類似於亞歷山大劍砍繩結式的辦法呢?

這樣一思考,辦法就來了,如果我們能夠突破蘋果表面這個束縛,直接在兩點間建立一個歐幾里得式的直線不就行了嗎?比方說,我們先確定好兩點在蘋果表面上的位置,然後用一根筷子從一點進入,穿過蘋果內部,從另一點出來,建造出一個隧道,這樣一來小生物就能夠在最短時間內從一點抵達另一點了,那麼這個隧道我們就給它起個名字,叫做“

蟲洞”。

何為蟲洞?能讓我們穿越時空嗎?

如果將剛才例子進行升級,應用於咱們的宇宙,在不同時空點之間建立一個蟲洞,那麼我們將會得到時空位移的最優路徑。

這裡還有一點需要注意,小生物和蘋果的例子突出的是蟲洞對於空間位移的優越性,但實際上我們一直用的是“時空”這一名詞去講解的蟲洞,而

時空是時間和空間的集合,也就是說理論上除了空間位移之外,我們還能進行時間上的“位移”,也就是所謂的回到過去或者前往未來。這些在接下來的文章中會進行介紹。

何為蟲洞?能讓我們穿越時空嗎?

原則上,只要我們拋棄或者忽視一些前提條件,利用相對論我們可以發現一些特殊的蟲洞甚至是黑洞,都可以進行時空穿越

。但在具體講述這些之前,我們有必要先對穿越時空這個概念進行一個梳理,或者說是進行一個闢謠,畢竟很多人對於穿越時空的理解是來自科幻作品,然而科幻並不是科學。

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