異世界入口 黑洞可能也是蟲洞!
▲蟲洞是連接兩個時空的彎曲通道。左爲我們宇宙的蟲洞入口,右爲在另一個宇宙的蟲洞出口。( 圖/取自網路)
一項最新研究指出,科學家認爲的黑洞天體很可能就是產生其他宇宙的蟲洞。如果事實的確如此,那麼它將幫助揭開一個名爲「黑洞資訊悖論」的量子謎題,但批評家認爲它也可能引發新的問題,例如蟲洞最初是如何形成的。
黑洞是內部具有強大引力場的天體,這樣強大的引力使得即使是光也無法逃逸。愛因斯坦的廣義相對論認爲,當物質被擠壓成非常小的空間時,就會形成黑洞。儘管黑洞無法被直接觀測到,但天文學家已經鑑別出很多很可能是黑洞的天體,主要是基於對環繞在其周圍的物質的觀測。
法國高等科學研究所的天體物理學家蒂博達莫爾(Thibault Damour)與德國不萊梅國際大學的謝爾蓋索羅杜金(Sergey Solodukhin)認爲,這些黑洞天體可能是實爲蟲洞的結構。
蟲洞是連接時空織布中兩個不同地方的彎曲通道。如果你將宇宙想像爲二維的紙張,蟲洞就是連接這張紙和另一張紙的「咽喉」通道。在這種情況下,一張紙可能是一個單獨的宇宙,擁有自己的恆星、星系和行星。達莫爾與索羅杜金研究了蟲洞可能的情形,並驚訝的發現它是如此的跟黑洞相似,以至於幾乎無法區分兩者之間的差別。
霍金輻射
物質環繞蟲洞旋轉的方式,跟環繞黑洞是一樣的,因爲兩者扭曲環繞着它們時空的方式是相同的。有人提出利用「霍金輻射」來區分兩者,「霍金輻射」是指來自黑洞的光和粒子輻射,它們具有能量光譜的特性。但是這種輻射非常微弱,以至於它可能被其他的源完全湮沒;例如宇宙大爆炸後殘餘的宇宙微波背景輻射。因此觀測「霍金輻射」幾乎不可能。
另一個可能存在的不同之處是:蟲洞可能沒有黑洞所具有的「事件視界」(Event Horizon 一種時空的曲隔界線)。這意味着物質可以進入蟲洞,也可以再次出來。實際上,理論家稱有一類蟲洞會自我包裹,因此並不會產生另一個宇宙的入口,而是返回到自身的入口。
即便如此,這也沒有一個簡單的測試方法。由於蟲洞的具體的形狀不同,物質跌入蟲洞之後可能要花費數十億年之後才能從裡面出來。即使蟲洞的形狀非常完美,宇宙最古老的蟲洞目前也尚未「吐出」任何物質。
看起來似乎只有一條探尋天文學黑洞的途徑:就是勇敢的向它縱身一躍。這絕對是一個勇者的危險遊戲,因爲如果跳入一個黑洞,其強大的重力場將會撕裂人類身體的每一個原子;即便幸運的進入了一個蟲洞,其內部強大的引力仍然是致命的。
假設你僥倖存活下來,而蟲洞恰好是不對稱的,你會發現自己處在另一個宇宙的另一邊。還沒等你看清楚,這個蟲洞也許又把你吸回到所出發的宇宙入口了。
達莫爾說:「太空船也能做這樣的溜溜球(yo-yo)運動。但是如果使用自己的燃料,你就能從蟲洞的引力中逃逸,然後探索另一邊的宇宙。」
不過在宇宙另一頭的朋友,也許要等上數十億年才能再次見到你,因爲在蟲洞裡的穿越時間將會非常漫長。這樣的延滯,使得在蟲洞兩邊的有效通訊變得幾乎不可能。索羅杜金說,如果能夠發現或者構建微觀蟲洞,這種延滯可能縮短至幾秒鐘時間。
研究黑洞形成和蟲洞特性的美國俄勒岡大學尤金分校的史蒂芬許(Stephen Hsu)認爲,利用觀測區分黑洞和蟲洞之間的差別,幾乎不可能,至少憑目前的科技是不可能實現的。
外來物質
史蒂芬許說:「黑洞最重要的特性,就是讓落入黑洞的物體『有去無回』的事件事界,對此我們目前還無法進行測試。但目前被認爲是黑洞的天體,也可能的確是黑洞而非蟲洞,這種情況也並非不可能。目前存在不少關於黑洞形成的可行情景,例如大質量恆星的坍塌,但有關蟲洞是如何形成的則仍是未知數。」
蟲洞可能跟宏觀的黑洞有所不同,它需要一些外來的物質保持自身穩定,而這種外來物質是否真實存在,又是個未知數。
索羅杜金認爲蟲洞的形成方式,可能跟黑洞相差無幾,例如同樣來自於坍塌的恆星。在這種情境下,物理學家一般認爲會產生黑洞,但索羅杜金認爲量子效應可能會阻止坍縮形成黑洞的過程,轉而形成蟲洞。
微觀黑洞
索羅杜金稱此一機制在更完整的物理學理論下,將不可避免,後者統一了重力和量子力學的理論,它是物理學界長久以來的夢想和目標。如果此一理論是正確的,那麼以往我們認爲會形成黑洞的地方,就可能會形成蟲洞。
此一猜想並不是沒有方法對它進行測試。有物理學家認爲未來的粒子加速器實驗,將能夠產生微觀黑洞。這種微觀黑洞有可能放射出可以計算的「霍金輻射」,以證明產生的是黑洞而非蟲洞。
但是如果索羅杜金所猜的是正確的話,那麼形成的會是一個微觀蟲洞,因此將不會產生任何輻射:「透過這樣簡單的測試,就能辨別產生的是黑洞還是蟲洞。」
蟲洞的另一個優點在於能夠解決所謂的「黑洞資訊悖論」。黑洞唯一能夠釋放出的就是「霍金輻射」,但這些「霍金輻射」將如何攜帶最初落入黑洞天體的原始資訊,目前還尚不清楚。這種混亂效應與量子力學相沖突,後者禁止這種資訊的遺失。
索羅杜金說:「從理論上來說,蟲洞要比黑洞好的多,因此它不會發生資訊遺失。」 由於蟲洞沒有視界,物體無需轉化成「霍金輻射」就能自動離開蟲洞,因此也就不存在資訊遺失的問題。相關報導請看這裡