关于虫洞浅析.doc

关于宇宙虫洞的浅析张旖旎成都理工大学信息科学与技术学院 成都 610000摘 要：时间虫洞是基于广义相对论的又一伟大理论，即在广义相对论条件下对于时间维度的扭曲，从而形成了连接不同宇宙空间，或者说不同时间维度的通道。它从某一意义上去理论实现了时空穿梭，除了具有不可估量的宇宙开发意义，并且将是新信息时代的交通支柱。我们可以利用虫洞理论去结合航天军事，进行宇宙空间的探索开发。并且一旦掌握了，虫洞的形成与原理，我们在日常生活中也可以用作超越一切传统工具的交通媒介。实现所谓的瞬移，大大节省时间与物质交通成本。当然我们目前对虫洞的研究，距离这一实现还有巨大的鸿沟。关键词：宇宙；时间；空间；虫洞；相对论；中图分类号：P159.2A brief analysis of the wormholeZhang Yi-niA wormhole time is based on the generalized theory of relativity and a great theory, i.e., in general relativity under the condition of distortions in the time dimension, thus forming a connecting different universes, or different time dimensions of the channel. It has realized the space shuttle in a certain sense, in addition to the significance of the development of the universe, and will be a new era of information transportation. We can go with the military use of space exploration and development of the wormhole theory, space. And once mastered, wormhole formation and principle, we in daily life can also used as beyond all traditional tools of transportation medium. The realization of the so-called Shunyi, which greatly saves the time and material transportation cost. Of course, our current research on wormhole, apart from this there is a huge gap to achieve.Key words: Universe; time; space; wormhole; relativity; 1虫洞理论的简介虫洞(Wormhole),又称爱因斯坦-罗森桥,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道 1.1虫洞的提出60多年前，阿尔伯特爱因斯坦提出了“虫洞”理论。那么，“虫洞”是什么呢？简单地说，“虫洞”是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。它可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。它也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，也叫灰道。图1 虫洞在空间维度模型例如，现在有一个虫子，一个苹果，虫子要从苹果一端进入，啃食苹果到达另一端。然后再从这端继续啃食苹果回到当前一端。需要的时间是2t，在第一个t内它处于一个时间空间段，在第二个t内它处于下一个时间空间段。但是，如果当这只虫子，不按着既定的轨道，在第一个t时间的中间，即转向另一边，那么它将到达下一个t它才应到达的位置，即是发生了空间与时间的瞬移。而虫洞则是基于爱因斯坦广义相对论，将时间具象化，看作一种固象延伸，通俗而不准确的说是，即是时间也是按着一定的轨道前进，我们在一定意义上可以超越时间，也可以沿时间倒退。当一个超越时间的速度产生时，可能会是时空发生了折曲，此时你可以通过时间曲面间的狭缝到达另一个时空维度。1.2概念进展1.2.1初期研究早在20世纪50年代，已有科学家对“虫洞”作过研究，由于当时历史条件所限，一些物理学家认为，理论上也许可以使用“虫洞”，但“虫洞”的引力过大，会毁灭所有进入的东西，因此不可能用在宇宙航行上。负质量作用随着科学技术的发展，新的研究发现，“虫洞”的超强力场可以通过“负质量”来中和，达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样，“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过，世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界，并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。据美国华盛顿大学物理系研究人员的计算，“负质量”可以用来控制“虫洞”。他们指出，“负质量”能扩大原本细小的“虫洞”，使它们足以让太空飞船穿过。他们的研究结果引起了各国航天部门的极大兴趣，许多国家已考虑拨款资助“虫洞”研究，希望“虫洞”能实际用在太空航行上。宇航学家认为，“虫洞”的研究虽然刚刚起步，但是它潜在的回报，不容忽视。科学家认为，如果研究成功，人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置。人类被“困”在地球上，要航行到最近的一个星系，动辄需要数百年时间，是人类不可能办到的。但是，未来的太空航行如使用“虫洞”，那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。随着人类太空探索的发现，科学家猜测，宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”，很少有直径超过10万公里的，这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。反物质、“负质量”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机，可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。把“负质量”传送到“虫洞”中，把“虫洞”打开，并强化它的结构，使其稳定，就可以使太空飞船通过。1.2.2概念确定虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中。物理学家在分析白洞解的时候，通过一个阿尔伯特爱因斯坦的思想实验，发现宇宙时空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞，那么时空在史瓦西半径，也就是视界的地方与原来的时空垂直。在不平坦的宇宙时空中，这种结构就意味着黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合，然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞，也可以是白洞。而这个弯曲的视界，就叫做史瓦西喉，它就是一种特定的虫洞。自从在史瓦西解中发现了虫洞，物理学家们就开始对虫洞的性质发生了兴趣。1.3理论的进一步探讨霍金教授在前人的基础上，将量子力学与广义相对论相结合，通过物理的辩证统一，进一步去阐释了时间与空间的奥秘。假设，空间和时间一起可以形成一个有限的、四维的没有奇点或边界的空间，这正如地球的表面，但有更多的维数。看来这种思想能够解释观察到的宇宙的许多特征，诸如它的大尺度一致性，还有像星系、恒星甚至人类等等小尺度的对此均匀性的偏离。它甚至可以说明我们观察到的时间的箭头。但是如果宇宙是完全自足的、没有奇点或边界、并且由统一理论所完全描述。2对于虫洞理论未来发展的个人见解2.1关于虫洞研究的必要性分析。就像我们日常所能感受到的一样，我们处于一个对于时间和空间越来越渴望的时代。除了我们有限的人为去节约时间，在宏观的科学理念上，我们也有很大的必要对于时间的把握做出更大的理论研究。时间对于每一个生命来说都是不用质疑的宝贵财富。因此我们在对于虫洞的研究，个人认为不应该仅仅局限在对于宇宙开发的层面，更多的也可以深入到日常生活所用。有没有可能使得，我们在平时的生活中，也能去在特定规范规模的时间口，乘坐穿越时空的工具，快捷地到达另一空间，如何去规范对于时空虫洞的管理和利用，这也涉及到人为的时空虫洞是否能成功，是否能控制好他的规模，我们是否能做出能够抗受高速时空挤压的交通工具，并且保证里面的生物的生命特征。22虫洞引发的时空安全问题既然，如果时空虫洞是存在的，那么我们在对外探索的同时，如何去防止自身受到可能潜在的外来客对于我们可能存在的威胁。在面临各种末日传说中，足以毁灭地球的黑洞吞噬，我们的应对举措。因此，我觉得我们在努力寻找虫洞的欢欣之余，也应该加强对于相对论与量子力学本身的研究，去了解虫洞更根本的原因，而不只是一种天体现象。虽然目前一切还过于遥远，既然我们提出了虫洞这一概念。那也是值得我们去花时间去探索，将来有一天虫洞出现在我们面前，我们应该是有着足够长的准备研究，而不是惊叹于大自然的神奇，茫然无措。2.3关于虫洞和量子力学相关的问题这个问题，对我自己来说也是思考很久，不知道为什么。特别在最开始接触虫洞理论的中学时代，我对于相对论和微观量子没有基本的概念，对于为什么时间能形成一个时空纽带。尽管对于现在，我依然不能说是理解到了虫洞概念，所知的也仅仅是皮毛。量子力学，是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。可笑的是他们是相互矛盾的。我们所能够熟知的光电效应，是经典基础的量子力学理论，即当光照一定时金属表面有电子溢出。但是这与我们的虫洞研究有什么关系。这样来说吧，我的认识是，先粗苯浅显的来看，虫洞理论基本是建立在黑洞理论上的，高速运转的黑洞，就像一个时空的裂口，将一切拼命地吞噬。为什么要高速，这个常识的感官大家都懂，就像水中的漩涡，一旦一个地方出现了不属于这里的裂口，在两边不同的条件下，双发迅速发生着平衡中和。就像气球一旦漏气会快速的放气，去平衡内外压强。这样一来，你会发现高速是一个必须的条件。然后你就能想到巨大的吞噬一切的黑洞，光线是不能从黑洞中逃脱出来的，所以从黑洞中制取激光看起来有悖直觉。但从理论上讲，应该会有一些粒子从黑洞的事件视界辐射出来，这就是著名的“霍金辐射。在真空的宇宙中，根据海森堡不确定性原理，会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子，然后瞬间消失，以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。霍金推想，如果在黑洞外产生的虚粒子对，其中一个被吸引进去，而另一个逃逸的情况。如果是这样，那个逃逸的粒子获得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。由于它是向外带去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的质量也会渐渐变小，消失；它也向外带去信息，所以不违反信息定律。这一理论也说到了，黑洞必将消失殆尽。这样时间虫洞也是不能稳定存在的。而且所谓的一小部分粒子，也是以我们难以想象的速度溢出的，这样时间虫洞其实并不稳定存在。就像你无法想办法从一个快速漏气的气球中伸进一个手指，因为首先那并不容易，然后等你伸进去一切都结束了。所以有可能虫洞是一个并不能稳定存在的理想模型。3分析与展望 总的来说，虫洞理论是一强大庞杂的体系，他不仅是需要理论思索，对于其宏观定义的探索。真的要让他实现在时间空间上的意义，必须需要不计其数的定性探讨，对于具体的时间空洞算法的确立，才能真正的去找到他到底是否存在，怎么才能让他在我们能够面对的情况内。当然，对于这种关于生命与时间意义不可忽视的理论，不论他是否真的存在，我相信我们面对时间，面对未来准备，是必要而必须的，有一天这些空洞的科学可能会像诺亚方舟一样，不论是带我们到达精神还是肉体的新世界。科学探索是面对未知最好的对策。参 考 文 献书籍类:史蒂芬.霍金. 吴忠超.时间简史. 湖南, 湖南科学技术出版社, 2006:110-230Stephen Hawking. Wu Zhongchao. A brief history of time. Hunan, Hunan science and Technology Press, 2006:110-230网络资源类:新浪科技. 德国科学家称虫洞可打开或实现星际旅行. http