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爱因斯坦-罗森桥:黑洞与白洞的连接和时间旅行

时间:2023-08-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:[1] 1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设黑洞与白洞连接在一起,穿过即可做瞬时间的空间转移或者做时间旅行,这种模型被称为“爱因斯坦-罗森桥”。[2] 2014年,法国物理学家卡罗·洛韦里提出黑洞的死亡可能产生白洞。在黑洞的质量等于太阳的质量的情况下,要形成一个白洞需要大约四千万亿倍乘以宇宙当前年龄。

爱因斯坦-罗森桥:黑洞与白洞的连接和时间旅行

星星她们没能见到什么乌鸦。这个名不副实的乌鸦先生在山坡上修建了一座湖蓝色的木屋。如果不是来到这里,星星还没有鸟瞰过这座小镇。它浸润在夕光里,街道如触手般四散,伸向四周合围的群山。

他热情洋溢地将两个人请进屋,并邀请她们分别坐在壁炉前的躺椅上。壁炉上方挂着一块黑板。靠近沙发茶几上放着一块椭圆形的大石头,一半是抛光的黑色,表面类似于阴阳符号。

“那块岩石大约有2亿年的历史,来自银河系的一次革命。”乌鸦先生躺在沙发上,将手指放在耳朵后头。

“你的椅子真舒服,乌鸦先生,上头像铺了一层羽毛一般柔软。”星星舒服地躺在躺椅上。上一次这么享受,还是在自己的沙发上……她盯着那块写满了数字和字母的黑板,出了会儿神。

“你说,飞船可以用反物质来推动吗?”她说。

“有可能。”

“那么用一只巨大的熨斗将飞船后面的路烫平呢?”

“为什么不可能?”

星星得意地和钢笔小姐交换了一个眼神。

“就连这个也可能飞跃星穹,”乌鸦先生从壁炉旁边的木柜里取出一只皱巴巴的风筝,“因为我压根就不知道它从哪儿飞来的。有天它就挂在树上,占了乌鸦的窝。没有什么是不可能的。”

钢笔小姐也饶有兴致地挺直腰杆,说:“所以您倾向于认为白洞也是可能存在的?”

“好吧,这确实很有争议,但是为什么不呢?至少爱因斯坦的方程[1]允许它存在,”他笑眯眯地说,“白洞是一种理论推测出来的时空区域,物质与光线无法进入这个区域中,但是可以从这个区域向外放射。白洞的性质与黑洞相反。你将黑洞看作吞噬一切的血盆大口,完全有可能存在会将什么都吐出来的白洞。它的胃口可不怎么好。只不过还不知道它如何形成,形成了多久。”

“有这么一种观点,宇宙最开始是一个密度极大的火球,发生大爆炸后,所有的物质都被喷射了出来,这种毫不保留的喷射似乎就符合了白洞的众多特征[2]。如果说黑洞是生命的挽歌,这种理论认为,或许白洞吹响了宇宙的号角。”钢笔小姐低声说。

乌鸦先生立刻笑着回应:“这个说法很有趣!大多数情况下,我支持宇宙就是一盘双面磁带。”

“有人把这个给了我。”星星突然打断他们的对话,直起身,从裤兜拿出了那个包裹着丝绒外壳的小盒子。

“那可是个好东西,我也拿到了一盒。”

“你也知道‘鲸鱼号’吗?乌鸦先生,据说这是一盒寄给外星人的磁带。”

“他们也给我送了船票,不过我并不打算登船,我们可能会有更简便、高效的星际旅行方式。”他从兜里掏出两支几厘米长的粉笔,同时用两只手在黑板上描画起来[3],“这个是黑洞,是一扇通往遗忘的单向门,物质只能推门而入,找不到出口,于是,我们想知道有没有办法从另一扇门穿过,是否存在一扇只有出口的门,事实上白洞的想法就是这么来的。”

“你的画功可没我好。”星星恶作剧般地说。钢笔小姐也抿着嘴。

“好吧,我确实不太擅长这件事,”乌鸦先生摊开手掌,“你们能看懂这是什么吗?”说罢他用粉笔在两扇门之间画了一道粗短的线。(www.xing528.com)

“我想这是一座桥。”钢笔小姐的发言总是彬彬有礼。

“这可能是史上最偷懒的飞行方式,接下来可真的有点考验画技了,”他干脆信笔一挥,“假设粉笔是一艘飞船,它就要从黑洞的入口飞进去了,通过这座桥——连接黑洞和白洞的细管——可以立刻从白洞的出口飞出来。相比黑洞,白洞总是没什么胃口,它会将飞船吐出来。穿梭于黑洞和白洞两个空间的方案就这么写好了。”

虫洞的一种设想图

窗外光线也在施展魔法,把黑板和桌上的苹果变成了金色。

“这就好了?”星星抬起眉毛。

乌鸦先生说:“虽然方案这么写,实际上不那么可行。”

“啊,为什么?”

“因为即便真的存在,白洞也不太可能是稳定的,因为你不知道长久维持它的能量从何而来,它会抛射所有能量。任何物质,包括光子,都来不及从中穿过,这个不稳定的洞口就可能忽然关闭。不过,根据爱因斯坦先生的设想,‘桥’可以用来连接宇宙中的任意两个地址。我们叫它虫洞。说到起绰号,看来我比你更厉害。”乌鸦先生不失俏皮地说,苍白的须发也被染成了金黄色。星星朝他吐了吐舌头。

“你讲得生动极了。”钢笔小姐停下了书写。

“麻烦你将那只苹果丢给我,就是水杯旁边的,”乌鸦先生弯着身子,指了指桌子,“质量告诉空间如何弯曲,而弯曲的形状又决定了其他事物是如何运动的。假设这儿就有一只虫子……”

“谢谢,”他接过苹果,用手指捏住苹果的两端,“虫子想从一端爬到另一端,怎么走最快呢?要知道,这是一只喜欢旅行的虫子。”

星星抢答:“是那种长了翅膀的虫子吗?”

“这就有点赖皮了,它可不会飞。”

轮到了钢笔小姐,“我想是从中间打个洞钻过去。”

鼓起双颊,乌鸦先生笑着说:“在宇宙这只大苹果面前,生命作为小小的虫子想要爬到远方去,最好的办法就是找到这条大胆而美丽的捷径。”

星星从躺椅上惊坐起来,瞪大眼睛问道:“那么,我可以穿过虫洞,去往老人星吗?”

[1] 1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森(Nathan Rosen,1909—1995)在研究引力场方程时假设黑洞与白洞连接在一起,穿过即可做瞬时间的空间转移或者做时间旅行,这种模型被称为“爱因斯坦-罗森桥”。

[2] 2014年,法国物理学家卡罗·洛韦里(Carlo Rovelli,1956— )提出黑洞的死亡可能产生白洞。在黑洞的质量等于太阳的质量的情况下,要形成一个白洞需要大约四千万亿倍乘以宇宙当前年龄。

[3] 惠勒教学时经常施展的特殊技能。

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