穿越时空的隧道

穿越时空的隧道—虫洞 姓名：张旭阳 航海技术11级二中队10班 学号：2220110831 摘要：本文主要介绍和总结了现今科学界对虫洞的主要研究结论，探讨利用虫洞在时空里穿行这一理论的起源和发展。主旨在于让人们对虫洞这一理念有更进一步的理解认识。 关键词：虫洞  穿越时空  负能量   霍金    引言：远古时期，人类用肉眼探索星空，后来用望远镜。1957年，人类第一颗人造卫星飞出地球，造访宇宙，十二年后，人类把脚印留在了月球上。1983年，先驱者十号飞离海王星轨道，第一次飞出了太阳系。在短短的26年时间里，人类不断探索星空，进展可以说是非常之快。但是，相对于茫茫宇宙，这又算得了什么呢？率先飞出太阳系的先驱者十号飞抵下一颗最近的星球要多少年呢？是两百万年。那时它将飞达距我们68光年的金牛座。但是相对于三万光年的银河系中心，220万光年的仙女座大星云，以及更为遥远的宇宙深处，无疑是小巫见大巫。如何才能快速探索无垠的宇宙呢？提高速度？即使到达速度上限——光速，在宇宙中依然是缓慢的。那么，如何才能在很短的时间内跨越那些近乎无限的遥远距离呢？小说家首先告诉了我们：虫洞。   一：虫洞的概念   虫洞：英文名：wormhole。虫洞，又称爱因斯坦—罗森桥，是20世纪30年代由爱因斯坦及纳森•在研究引力场方程式假设的。认为虫洞是连接两个不同时空的狭窄隧道。透过虫洞，可以做瞬时间的空间转移或者时间旅行。 虫洞在史瓦西解中第一次出现是当物理学家们想到了白洞的时候。通过爱因斯坦理想实验，他们发现时空是可以不平坦的，可以是弯曲的，虫洞可以连接这个弯曲的时空的最近两点。而使人类可以快速到达另一点。 但在霍金看来，虫洞就存在于我们周围，存在于时间和空间的间隙，但却极其微小，仅有10的负数十次方倍那么大。虫洞在量子世界里不停的形成，消失和重新形成。   二：虫洞的产生机制   第一种猜想：黑洞与白洞共同构成虫洞。如果一个黑洞是旋转的或者带电荷的，当落入黑洞时，就有可能不撞到奇点。结果旋转的或者电荷的黑洞所连接的白洞就可以把进入黑洞的物体抛到时空的另一端。   第二种猜想：克尔西黑洞的快速旋转，其伦斯--梯林效应，将黑洞周围的能层中的时空撕开一些小口子。这些小口子在引力能的作用下下被击穿，成为一些十分小的虫洞。这些虫洞在黑洞的引力能的作用下，可以确定它们的出口在哪里。但现在还不能完全完成。   第三种猜想：霍金认为，任何物质都不是平整无暇和实心的。如果你仔细观察，会发现它面上都存在小孔和裂缝。这个基本的物理原理，同样适用于时间。时间存在着许多微小的裂缝褶皱和空洞。在最小的刻度下—比分子甚至于原子都小。我们来到一个叫做量子泡沫的地方，这就是虫洞。它隐蔽在时空的隐蔽处和缝隙里，只因太小，肉眼看不到罢了。   三：形成可穿越虫洞的条件   1，存在时间足够长。作为穿越时空的隧道，虫洞必须存在足够长的时间，不能等星际旅行尚未结束就消失。因此，一个虫洞能够使用的第一条件就是存在足够长的时间。换句话说，就是要足够稳定。根据相对论，物质进入虫洞，是向内汇聚的，离开虫洞则是向外发散的，这种由汇聚变为发散的过程表明虫洞的深处存在着某种排斥作用。因此，要想让虫洞成为星际旅行的通道，必须要有胡能量来维持它的稳定。   2，要有足够大的直径。假设，现有一虫洞，半径一公里，我们是否就可以利用它来进行进行星际旅行了呢？乍看起来，直径两公里的虫洞足够相当规模的宇宙飞船通过。然而，按照相对论观点，物质在通过像虫洞这样空间结构高度弯曲的区域，会遇到一个十分棘手的问题。这是由于空间曲率不均匀造成的。由于这种张力的作用，当飞船靠近冲动时，飞船上的人会及渐渐感到自己的身体在沿虫洞方向先前拉伸，而在垂直方向上，则有挤压的感觉。一开始，这只是让人稍感不适而已，但随着飞船与冲的接近，这种张力会迅速增加。距离每减少十分之一张力就会增加约一千倍。当飞船距虫洞还有一千公里时，这种张力已经达到了人体的极限。再往前飞，成员都将送命，甚至于飞船都开始解体。因此，要形成一个可穿越虫洞，成员及飞船所受张力必须很小。计算表明，只有半径大于一光年的虫洞才能满足条件。   四：负能量   虫洞被认为是不稳定的，即使是很小的扰动（包括尝试穿过它的扰动）都会导致它的坍塌。那么如何才能维持它的平稳呢？前文已经提到，即负能量。 负能量(Negative Energy) 意味着负质量. 第一位探讨负物质的科学家就是稳恒态宇宙论的创始人之一英国天文学家邦迪(H. Bendi) . 他在1957 年就证明了: 负物质以一个恒定的不断增加的速度追逐正物质的概念是与广义相对论一致的. 有人猜想, 20世纪80 年代末期发现的几乎没有星系存在的直径达1 亿光年( 我们银河系的直径约为8 万光年) 大小的宇宙巨洞可能是由同等数量的负物质和正物质粒子形成的. 巨洞中的负物质粒子互相排斥, 力图相距越远越好, 同时将正物质粒子推向洞壁, 在那里, 正粒子互相吸引, 从而形成星系、恒星、行星以及生命。 负能量的一个典型例子是物理工作者熟知的卡西米尔效应: 1948 年, 荷兰物理学家卡西米尔( H.Casimir) 曾预言, 将两块不带电的金属平板以极小的间距(1 毫米的几分之一) 平行地置于真空中时两板间会产生使它们互相靠拢的某种很微弱的力.此后, 近半个世纪, 企图测量这一效应的种种尝试均以失败告终. 1996年, 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家拉蒙雷奥斯( S. Lamoreaux) 给出了肯定的结果: 他将一扭摆连接到两板的表面去测量这一极其微弱的力. 得出的数值与卡西米尔的理论预言符合得很好, 误差在5% 以内. 实测结果表明, 卡西米尔力会随两板的间距而变化, 当间距为0. 75 微米时, 相互作用的力约为十亿分之一牛顿  五：虫洞的新发现   2002年，俄罗斯莫斯科引力和基础测量中心的克星尔•布罗尼科夫和韩国首尔梨花女大学的金宋方共同提出了一种新的可能性。他们提出了一种不需要负物质能量维持开放的虫洞。他们基于膜理论原理一系列新的虫洞方案。 2012年03月，一个由德国和希腊科学家共同组成的国际小组证明制造一个虫洞或许并不需要任何负物质能量。这项发明开启了一项潜在的可能性，那就是或许将来我们会在太空中制造一个虫洞作为星际地铁使用。 2011年3月，哈萨克斯坦欧亚国立大学科学家弗拉迪米尔•德朱什利维和他的同事们研究表明，虫洞可能存在于遥远的恒星之间。他们并非空隧道，虫洞中包含着接近完美程度的流体，可在两颗恒星之间来回流动。   已知是有限的，未知是无限的；我们理智地站在无边无际的未知海洋中的一个小岛上。我们每一代的职责就是多开拓一点领土。 ——赫胥黎（Thoms H • Huxley) 参考文献： [1] 加来道雄（Kaku,M.）（美）著 《超越时空：通过平行宇宙，时间卷曲和第十维的科学之旅》，上海 上海科技教育出版社，1995年  译著：刘玉玺，曹志良 [2] 史蒂芬•霍金，列纳德•蒙洛迪诺  《时间简史（普及版）》湖南 湖南科学技术出版社， 2011年  译著：吴忠超 [3] spark518 虫洞—百度百科 http://baike.baidu.com/view/1941.htm 2012年06月 [4] 新浪科技 《德国科学家称虫洞可打开或实现星际旅行》http://www.cnbeta.com/articles/177796.htm 2012年03月 [5] 宗合 《霍金：时光机有可能实现 “虫洞”就在四周》 羊城晚报2010年05月 [6] 科学时报《最 新 研 究 发 现 恒 星 之 间 可 能 存 在“虫 洞”》 http://tech.ifeng.com/discovery/detail_2011_03/01/4909756_0.shtml 2011年03月 [7] 许 槑 《负能量简介》 物理通报 2008年第三期 The tunnel through time and space——Wormhole Abstract：This paper mainly introduced and summarized the scientific community and the main research results about the worm hole recently, This paper discusses the use of worm hole in time and space througing and the origin and development of this theory. The purpose is to let people to know this idea and has a further understanding. Key word：Worehole through time and space Negative energy Hawking 签名： 序号：84