在宇宙中,已知最詭異的天體,莫過于黑洞。它憑借着無與倫比的引力,吞噬着包括光在内的一切物質,讓我們無法探測,從而始終蒙着神秘的面紗。
而在未知的天體中,最令人好奇的,大概就是蟲洞了。它是一種被愛因斯坦的廣義相對論所預言的天體,可以扭曲時空,讓我們在不違背已知的任何物理定律的同時,還能迅速在宇宙空間中穿梭。它是人類實現星際旅行的希望,但卻從未被我們發現,因此沒有人能夠真的證明它是存在的。
那麼,如果蟲洞真的存在,它是否會和黑洞相遇?如果一個黑洞掉進蟲洞裡,它會穿越時空嗎?
你可能以為這是科幻片裡才會出現的劇情,但是科學家們在研究後認為,這種事還真的有可能。當然,這個前提是蟲洞是真實存在的,在本文中,我們暫且默認這個前提。
科學家指出,如果黑洞真的掉進蟲洞裡,我們是可以觀測到的。2016年,科學家們證實了愛因斯坦在一百年前提出的預言——引力波。引力波是一種極難被探測到的物理現象,隻有最極端的天體才可能造成引力波,所以連愛因斯坦本人都不敢完全肯定引力波的存在。巧了,黑洞和蟲洞,一個比一個極端。而黑洞掉進蟲洞的現象,正是引力波大顯身手的舞台。
目前來說,科學家們已經取得了一定的成績,從雙黑洞合并到雙中子星合并,以至于更輕一點的白矮星合并,我們都有可能通過極其靈敏的觀測設備來捕捉這個過程。他們相信,雖然還不知道蟲洞是否真的存在,但隻要它被證實,那麼蟲洞和其他極端天體之間的碰撞,我們也可以通過引力波來檢測到。
不過,首先一個問題就是:蟲洞到底有怎樣的性質。由于沒有真正的樣本進行觀測,所以所有關于蟲洞的理論都得不到證實,這也讓它愈發神秘。
根據目前的研究,蟲洞即使真的存在,也是非常不穩定的。幾乎就在出現的同時,它就會迅速消失。因此,雖然它可能是我們穿越宇宙的一個重要通道,但如何真正讓它發揮作用,仍是科學家們比較擔心的問題。
有科學家提出了一種理論,認為帶有負質量的物質可以解決這個問題,因為它所産生的“引力”并不能真的吸引什麼物質,反而是讓物質相互遠離。雖然這種詭異的物質同樣聽起來虛無缥缈,并且沒人知道它是否真的存在,但它是目前最有希望解決蟲洞不穩定問題的途徑。
科學家還介紹:從很多方面來講,蟲洞和黑洞都有着相似之處。它們的密度都極高,引力也極強。唯一不同的是,任何物質在闖入黑洞的事件視界之内後,都不可能再逃逸出來;而進入蟲洞的物質,理論上仍然有後悔的餘地。
既然二者都擁有着無與倫比的引力,那麼黑洞也未必就能在蟲洞身上占到便宜。當二者狹路相逢的時候,就可能會相互公轉,産生我們可以觀測到的引力波。接下來,兩個宇宙中最詭異的天體将會上演激烈的“相愛相殺”。
他們利用計算機模拟了這個過程,在初始階段,他們将黑洞的質量設定為太陽的5倍,而蟲洞的質量則設為太陽的200倍。這個蟲洞的通道是黑洞半徑的60倍,且假定它是穩定存在的,給黑洞足夠的時間在其中穿梭。結果表明,二者的合并将會産生一種我們完全沒有見過的引力波特征,這令研究人員十分興奮。
通常來說,當兩個黑洞合并時,它們會螺旋着靠近。根據角動量守恒,它們相互的旋轉速度也會越來越快,這就會導緻引力波的頻率也會越來越高。就像是路上的車在靠近我們時,能夠聽見車笛的聲調在升高一樣,這就是著名的多普勒效應。
(圖片說明:雙黑洞合并動态示意圖)
不過,如果黑洞是落入蟲洞中,雖然剛開始也會有頻率的提升,和雙黑洞合并有點類似。但是這種引力波随即就會消失,因為它們都順着蟲洞的通道穿越到了另一個出口,不會像雙黑洞合并那樣産生強烈的引力波。
在蟲洞的另一頭,黑洞會穿越出來并在慣性的作用下遠離蟲洞。相應的,我們會檢測到頻率降低的變化,這同樣是多普勒效應的結果。
接下來,就是高中物理學到的彈簧擺動或者說籃球下落的問題了。雖然慣性會讓黑洞離開蟲洞出口,但是最終會在引力的作用下耗盡,并且重新落入蟲洞,再從另一個出口出來,如此往複。同時,我們會發現引力波的頻率不斷上升,另一個出口有引力波頻率一次次的下降。在這個過程中,會伴随着能量的轉化,所以每一次黑洞脫離的極限距離都在縮短,直到最後完全停留在蟲洞裡。
(圖片說明:黑洞在蟲洞兩側往複穿梭,就像彈簧在做簡諧運動)
接下來,蟲洞和黑洞的結局就取決于二者的質量。如果蟲洞的質量大于黑洞,那麼這個蟲洞就會保持穩定;如果蟲洞比黑洞質量小,那就有可能因此而崩潰,形成一個新的黑洞。
那麼,當黑洞隻有一半落入蟲洞,還有一半留在蟲洞外的瞬間,會發生什麼呢?Gabella本人也不知道,他隻是提出了自己的猜測:“我認為黑洞的事件視界處一定有非常狂野的事情發生,導緻更多的引力波和能量的損耗。”
範德比爾特大學的物理學家William Gabella是本次研究的合著者之一,他表示:“雖然蟲洞在很大很大程度上仍是猜測的天體,但我們或許有能力證明、或者至少能給它們的存在提供一些證據,這就已經很棒了。”
Gabella相信,通過引力波,我們可以在未來探索物質落入蟲洞時發生的現象,還可以增加更多的因素,比如旋轉的蟲洞等等。目前來說,或許引力波是最好的尋找蟲洞的方法。如果他們的模拟是正确的,或許有一天我們會通過引力波反複提升、降低頻率的現象,證明它們的存在。
百年前,愛因斯坦預言了這種極端的天體,與此同時,又預言了引力波這個工具。他把“魚”給了我們,也把“漁”給了我們。即便如此,我們今天依然無法找到任何一個蟲洞。不得不承認,愛因斯坦真的是一個偉大的人!
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