专家解读虫洞理论 “星际穿越”真的可行吗|星际穿越|虫洞_科学探索_新浪科技_新浪网
专家解读虫洞理论 “星际穿越”真的可行吗
虫洞示意图
　　■本报记者 俞陶然
　　正在热映的美国影片《星际穿越》，引发公众对理论物理学的兴趣。除了人们耳熟能详的黑洞，虫洞、五维时空这两个概念对许多人来说仍较陌生。
　　为此，记者采访了著名科普作家、中科院国家天文台客座研究员卞毓麟。
　　什么是虫洞
　　卞毓麟说，虫洞又称“爱因斯坦—罗森桥”，与黑洞一样，是广义相对论的推论。广义相对论的引力场方程，在不同情况下有不同的解，科学家对它们进行物理诠释，推测宇宙中存在黑洞、虫洞等事物。天文学家已掌握大量证据表明黑洞之存在，但至今尚未发现宇宙中存在虫洞——尽管它已在众多科幻片、奇幻片中登场，包括《星际穿越》、《来自星星的你》。可以说，虫洞是“星穿”剧的必备神器。
　　那什么是虫洞呢？打个比方，一张摊平的纸上有A、B两点，连接两点的最短距离是直线。有没有更短距离？当我们把这张纸卷曲起来，用笔把A点捅破，伸出去再把B点捅破，只要纸的卷曲度足够大，那么将A点与B点相连的距离就可以比平面上的直线距离更短，甚至短得多。究其原因，是先前的最短距离是对于二维平面来说的，而后来的更短距离利用了第三个维度。
　　这就说到了维度概念。我们生存于三维空间，这三维分别是长、宽、高。一张忽略厚度的纸则是二维的，即只有长度和宽度，没有高度。假设纸上有种“二维生物”，它们懂平面几何学，知道从A点到B点的最短距离是直线。然而有一天，一支空心的笔将卷曲的纸戳穿，把A、B两点连通，这就是二维世界的虫洞。“二维生物”发现它后，进入空心笔，从A 点到达B点，便完成了二维世界的“星际穿越”。
　　相对论认为，时间和空间是紧密关联的，三维的空间和一维的时间组成的统一整体就是四维时空。我们所在的四维时空充分弯曲，有可能形成存在于更高维度中的虫洞。穿越虫洞，就能以远比通常的直线运动迅疾得多的方式从宇宙的一处到达另一处。
　　空间为何会弯曲
　　那么，四维时空是否会弯曲呢？从常识看，说空间会弯曲似乎是天方夜谭。然而，广义相对论告诉我们，大质量物体会引起时空弯曲。再次拿二维平面做类比，假设世界是一张拉平的橡皮膜；　把一个大质量铅球放到膜上，橡皮膜便凹陷下去，出现明显的弯曲；原本在膜上做直线运动的小质量高尔夫球到达这一区域，便会改变运动轨迹，在弯曲空间做曲线运动。
　　同样道理，大质量物体也会造成四维时空的弯曲。质量越大，弯曲程度越大，相关数据可用广义相对论的引力场方程算出来。在弯曲时空中，如果存在虫洞，人类进入后就可能完成“星际穿越”。影片中几名宇航员乘飞船在虫洞中只过了一会儿，就到达了另一个星系。
　　回到过去是否可能
　　虫洞不但是星际穿越的管道，还可能是“时间隧道”。实验已证明，在强引力场或高速运动状态下，时间流逝会变慢。卞毓麟解释说，如果A点和B点相距20光年，而虫洞让人用1年时间就从A点到达B点，那么他就超越了光速。比光运动得更快，使人能够“追”上已逝去的光景，重见早先的情形，也就是回到了过去。
　　卞毓麟表示，虫洞在自然界中是否存在，科学界尚无定论，至少目前还未发现虫洞存在的证据。通过虫洞能否回到过去，也是理论物理学界争论的一个问题。反对者提出“外祖父悖论”：如果一个人回到过去，在他母亲出生前杀死外祖父，娶了外祖母，那么他到底是谁？“回到过去会扰乱因果律，而人们相信因果律是这个世界的普遍规律。《星际穿越》中男主角看到了小时候的女儿和他争吵的场景，却无法改变他当时做出的决定，避免了‘外祖父悖论’。”
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《星际穿越》中的物理学
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穿越时空改变历史是否可行？
近年来，时空穿越剧越来越多了，从内容和情节上看，这些艺术作品讲的都是穿越时空的故事，其实穿越时空的本质属于广义相对论。那么，我们在何种条件下有可能像穿越剧中的人物那样穿越时空改变历史呢？敬请期待探索解密。
　　负能量物质在我们这个世界里就好像在湖水里，不借助其他的隔离物挖出一个大坑，这个大坑不能被水充满。当然，因为在理论上，宇宙中还是有负能量物质的，因此，虽然很困难，但也不是完全不可能制造出虫洞。这依赖于未来人类的技术能力了，毕竟我们不排除未来会出现《星际穿越》中的墨菲那样优秀的科学家，可以克服这个技术难点。
　　其实，虫洞这方面的研究可以追溯到1985年，美国康乃尔大学的著名行星天文学家卡尔&萨根写了一部科幻小说，里面讲到时间旅行，此小说叫做《接触》。萨根去请教研究广义相对论的专家&&加州理工学院的索恩教授，问时间旅行到底是可能还是不可能。当时，萨根版本的时间旅行是通过内部去进行的，但索恩看了以后，觉得内部引力太强，会把人撕碎，因此建议改成虫洞。虫洞比较温和，之后在1988年，索恩带着两个博士生真的在爱因斯坦方程中找到了虫洞解，文章发表在《物理评论快报》上，这是比较严肃的科学论文。
　　索恩是美国相对论之父&&惠勒的学生，通过计算，他很快告诉萨根，虫洞可以用来作时空旅行的工具。索恩的师弟米斯纳与惠勒是虫洞概念的始作俑者，在他们的模型里，虫洞在极短的时间内产生，然后消失，因为其寿命极短，无法成为星际旅行的通道。在萨根的小说发表之后，索恩对虫洞产生了浓厚的兴趣，他和他的学生莫里斯开始对虫洞做深入的研究。与米斯纳和惠勒不同的是，索恩研究了可以作为星际旅行通道的那种很大的长寿命的虫洞，这种虫洞被称为可穿越虫洞。关于这部分，可以参考清华大学出版社出版的书《广义相对论讲义&&从奇点到虫洞》，以及另外一本名为《日出：量子力学与相对论》的书。
　　另外一种穿越时空到未来的办法是通过所谓的双胞胎悖论效应，一个人只要坐极高速的火箭离开地球，然后再回来，他会比在地球上的人要年轻，这在某种意义上相当于他能活得更长久，也就是穿越时空了。这个情况是非常普遍的，在微观粒子实验中，物理学家早已经验证了这个现象，对于这一点，最简单的证明办法是利用相似三角形来证明狭义相对论的时间膨胀公式&&对此感兴趣的读者可以参阅文末的内容链接。
回到过去就能改变历史吗？
　　从目前来看，假设我们身边存在这种从未来穿越过来的未来人，那么很明显，其智商水平与知识水平应该远在我们这些普通人之上。但这是不可观测的，原因可能在于，穿越过来的人似乎自己也已经忘记了自己是穿越者了。这是一个很可怕的结论，也就是说，我们的环境对穿越者是一个染缸，能将之平庸化。
如果发生时空穿越，我们就有可能看到霍金与爱因斯坦在一起
　　当然，从目前的报道来说，我们这个时空中的大部分人都有明确的出生记录，他们是来自母亲的阴道分娩或者剖腹产，而那些没有出生记录的人，是不是来自虫洞，从直观上来说也是匪夷所思的。但是，假设真有一个穿越者来自于未来，并具有超能力，那么他可以改变历史吗？因为历史本身就是这个穿越者与普通大众一起创造的，所以我们无法考察他是不是真的改变了历史。《星际穿越》中的库伯穿越了虫洞，但他无法改变历史，未来是由他的女儿来创造的。也就是说&历史不可以被改变，未来可以被创造&！
时空穿越剧《星际穿越》海报
　　其实，这个思想早在2000年就已经被黄易清晰的提出来了，《寻秦记》里的项少龙能回到过去，但他无法改变历史，只是创造了历史。也就是说，历史已经发生，他只不过参与了这个过程，并且最后与历史书上的记录保持一致。
　　那么，为什么穿越者无法改变历史？这是为了防止引起时空悖论，其中的&弑母悖论&是最重要的一个悖论，如果一个穿越者能回到过去，杀死自己少女时代的母亲，当时他母亲还没有怀孕，那请问他是怎么出生的？他不是孙悟空，一定来自子宫，不可能是从石头里迸出来的，因为这会引起矛盾。所以&穿越者不能改变历史&是有科学道理的，这背后就是著名相对论专家霍金提出的&时序保护猜想&。该猜想从量子力学的角度出发，通过一系列论证，最后明确禁止时空穿越者去改变已经发生过的历史事件，从而避免出现宇宙分叉。
扩展阅读：
关键词 ：穿越,爱因斯坦,宇宙,科学道理,历史
第1页 第2页 穿越时空改变历史是否可行？
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&什么是虫洞卞毓麟说，虫洞又称“爱因斯坦—罗森桥”，与黑洞一样，是广义相对论的推论。广义相对论的引力场方程，在不同情况下有不同的解，科学家对它们进行物理诠释，推测宇宙中存在黑洞、虫洞等事物。天文学家已掌握大量证据表明黑洞之存在，但至今尚未发现宇宙中存在虫洞——尽管它已在众多科幻片、奇幻片中登场，包括《星际穿越》、《来自星星的你》。可以说，虫洞是“星穿”剧的必备神器。那什么是虫洞呢？打个比方，一张摊平的纸上有A、B两点，连接两点的最短距离是直线。有没有更短距离？当我们把这张纸卷曲起来，用笔把A点捅破，伸出去再把B点捅破，只要纸的卷曲度足够大，那么将A点与B点相连的距离就可以比平面上的直线距离更短，甚至短得多。究其原因，是先前的最短距离是对于二维平面来说的，而后来的更短距离利用了第三个维度。这就说到了维度概念。我们生存于三维空间，这三维分别是长、宽、高。一张忽略厚度的纸则是二维的，即只有长度和宽度，没有高度。假设纸上有种“二维生物”，它们懂平面几何学，知道从A点到B点的最短距离是直线。然而有一天，一支空心的笔将卷曲的纸戳穿，把A、B两点连通，这就是二维世界的虫洞。“二维生物”发现它后，进入空心笔，从A点到达B点，便完成了二维世界的“星际穿越”。相对论认为，时间和空间是紧密关联的，三维的空间和一维的时间组成的统一整体就是四维时空。我们所在的四维时空充分弯曲，有可能形成存在于更高维度中的虫洞。穿越虫洞，就能以远比通常的直线运动迅疾得多的方式从宇宙的一处到达另一处。空间为何会弯曲那么，四维时空是否会弯曲呢？从常识看，说空间会弯曲似乎是天方夜谭。然而，广义相对论告诉我们，大质量物体会引起时空弯曲。再次拿二维平面做类比，假设世界是一张拉平的橡皮膜；把一个大质量铅球放到膜上，橡皮膜便凹陷下去，出现明显的弯曲；原本在膜上做直线运动的小质量高尔夫球到达这一区域，便会改变运动轨迹，在弯曲空间做曲线运动。同样道理，大质量物体也会造成四维时空的弯曲。质量越大，弯曲程度越大，相关数据可用广义相对论的引力场方程算出来。在弯曲时空中，如果存在虫洞，人类进入后就可能完成“星际穿越”。影片中几名宇航员乘飞船在虫洞中只过了一会儿，就到达了另一个星系。回到过去是否可能虫洞不但是星际穿越的管道，还可能是“时间隧道”。实验已证明，在强引力场或高速运动状态下，时间流逝会变慢。卞毓麟解释说，如果A点和B点相距20光年，而虫洞让人用1年时间就从A点到达B点，那么他就超越了光速。比光运动得更快，使人能够“追”上已逝去的光景，重见早先的情形，也就是回到了过去。卞毓麟表示，虫洞在自然界中是否存在，科学界尚无定论，至少目前还未发现虫洞存在的证据。通过虫洞能否回到过去，也是理论物理学界争论的一个问题。反对者提出“外祖父悖论”：如果一个人回到过去，在他母亲出生前杀死外祖父，娶了外祖母，那么他到底是谁？“回到过去会扰乱因果律，而人们相信因果律是这个世界的普遍规律。《星际穿越》中男主角看到了小时候的女儿和他争吵的场景，却无法改变他当时做出的决定，避免了‘外祖父悖论’。”
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blogAbstract:'星际穿越真的可行吗 是否真的能回到过去 发表于： 15:28 作者：奇闻怪谈网 来源：奇闻怪谈正在热映的美国影片《星际穿越》，引发公众对理论物理学的兴趣。除了人们耳熟能详的黑洞，虫洞、五维时空这两个概念对许多人来说仍较陌生。为此，记者采访了著名科普作家、中科院国家天文台客座研究员卞毓麟。\r\n&什么是虫洞卞毓麟说，虫洞又称“爱因斯坦—罗森桥”，与黑洞一样，是广义相对论的推论。广义相对论的引力场方程，在不同情况下有不同的解，科学家对它们进行物理诠释，推测宇宙中存在黑洞、虫洞等事物。天文学家已掌握大量证据表明黑洞之存在，但至今尚未发现宇宙中存在虫洞——尽管它已在众多科幻片、奇幻片中登场，包括《星际穿越》、《来自星星的你》。可以说，虫洞是“星穿”剧的必备神器。',
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