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【正版全新】从奇点到虫洞:广义相对论专题选讲（黑洞能被摧毁吗？什么样的虫洞才能成为星际旅行的通道？科普作家卢昌海将为您细致解读）
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虫洞可以进行时间旅行吗？
前阵子我写了一个关于黑洞和白洞的文章，有很多的朋友都来问我，黑洞和白洞之间是否有联系，一个进一个出，是不是虫洞链接的？虫洞是否真的存在，是否真的能够进行时光旅行？外星人是否就是利用虫洞出没于星际之中。对于这个问题，我本着一个科学的态度来做一个简单的解释。
在物理学上，虫洞最早是一个广义相对论的概念，是指宇宙中可能存在的连接两个时空不同区域的狭窄隧道。根据理论假设，物质有可能能够通过虫洞实现瞬时的空间转移或者时间旅行。但是，直到今天，我们还没有观测到虫洞存在的证据。所有关于虫洞是否存在、产生条件、有何性质、能否进行时空旅行等方面的推测，都只是理论假设。
2010年5月，霍金在接受探索频道访问时，谈到了他关于虫洞问题的一些观点。霍金认为，虫洞在宇宙中无处不在，但是非常小，比分子甚至原子还小，而且处在不断消失和形成过程中。
我们现在还不能做到把一个虫洞放大并加以利用。而且，膨胀的虫洞会出现辐射的“反馈作用”，原理类似于声音进入麦克风，经过扩音器放大，形成环路，造成一个尖利的噪声，就像很多会场和舞台的麦克风离音箱过近时，有时就会出现这一现象。辐射也是如此，经过环路放大，形成强劲的反馈，最终摧毁虫洞。霍金通过这个例子表达了他的观点：用虫洞进行时间旅行是不可能的。
而即使是用虫洞进行空间旅行，同样并不现实。要形成能够通过一个人或一艘飞船的虫洞，理论上讲，需要一种具有负质量的奇异物质；或者长度贯穿整个宇宙、引力像黑洞一样强大、却比原子还细的宇宙弦；或者半径在1光年以上的黑洞。太小的黑洞所形成的虫洞，会受到穿过其中的物质的微扰，迅速关闭。至少要这个尺度的黑洞形成的虫洞，才能扛得住人体大小的能量扰动。
可惜，前两者仅仅是理论上存在的概念，并没有在宇宙中自然存在。而最后一种，要形成一个半径为1光年以上的黑洞，至少要砸进去100亿亿个地球，或是10万亿个太阳才能做到。而且这个黑洞比整个太阳系还要大得多，这个实现起来貌似不太可能。
所以，理论上用于空间旅行的虫洞虽然可以形成，但所需条件本身却不可能实现。当然也不排除随着科学的发展有着其他的方式来解决这一问题。让我们行走于时空之间，去探索更多的未知事物。
本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创 转载时务请注明出处
作者： 雨果科普
[责任编辑: 宋金玉]
黑洞,旅行,宇宙虫洞和时间旅行_百度文库
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虫洞和时间旅行
&&黑洞与时间弯曲选修课方面的论文
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你可能喜欢来一场穿越“虫洞”的时空旅行，来到车内智能语音搜索的新时代 - GeekCar《星际穿越》中的宇航员能活着穿过虫洞吗？ | 科学人 | 果壳网 科技有意思
《星际穿越》中的宇航员能活着穿过虫洞吗？
NASA 黑洞 虫洞 电影
本文作者:Victoria Jaggard
（老猫/译）科幻太空史诗《星际穿越》正在热映，剧中人类文明正面临毁灭的危险，但是宇航员们看到了一丝希望：因为土星附近神秘地出现了一个虫洞。这条穿越时空的隧道通向一个遥远的星系，人类可以穿过这条隧道，找寻一个可以殖民的星球，以延续我们的文明。电影中的虫洞是基于真实的物理学理论的，由天体物理学先驱基普·索恩（Kip Thorne）建立。索恩曾经是加州理工学院的教授，不过现在已经退休在家。除了学术上的贡献外，他还曾经帮助卡尔·萨根（Carl Sagan）设计著名科幻小说《接触》（Contact）中的虫洞。《星际穿越》电影中的视觉效果非常震撼，很多人都认为电影中对虫洞与黑洞描绘的准确性可能在整个电影史上数一数二。当然，在电影中还有一个很重要的方面没有提及：你如何在这样的一次星际穿越中活下来？
影片中，NASA的科学家依然在试图解决重力问题。图片：Paramount Pictures and Warner Brothers Entertainment
虫洞是什么？
虽然爱因斯坦和他的助手纳森·罗森（Nathan Rosen）最早不这么叫它，但是虫洞最初的确是他们的智慧结晶。当时他们正在试图用各方法来解爱因斯坦的广义相对论方程，以期用一个纯粹的数学模型来解释整个宇宙，包括重力，以及构成物质的各种粒子。其中包括的一种方法是将空间描述成两个几何面，其间由“桥”连接，而在我们的感知中，这些桥就是粒子。
1916年，另外一位物理学家路德维希·弗拉姆（Ludwig Flamm），同样是在解爱因斯坦的方程的时候，独立发现了这些“桥”。不幸的是，这个“万有理论”并不成功，因为这些“桥”的表现并不像是真正的粒子。但是爱因斯坦和罗森在1935年发表的论文使得“穿越时空结构的隧道”这个概念得以流行，其它物理学家不得不认真地考虑这些隧道带来的影响。
20世纪60年代，普林斯顿大学的物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）在研究“爱因斯坦-罗森桥”的数学模型时，创造了“虫洞”这一术语。他指出，这些桥很像虫子钻过苹果后留下的洞。一只蚂蚁从苹果的一端爬到另一端，选择一是绕着苹果弯曲的表面爬上半圈，选择二则是抄苹果上的虫眼这条小路。想象一下在更高纬的空间里，如果我们所处的三维时空就像是苹果皮一样弯曲着的，那么穿越高维空间实体的“虫洞”，必然可以让我们更快地在三维空间中的两个点之间往返。这听上去有些奇怪，但从数学上来说，这是的确是广义相对论的一个合理的解。
我们能通过由经典的史瓦西黑洞造成的虫洞吗？
惠勒意识到爱因斯坦-罗森桥入口的特性与史瓦西黑洞（Schwarzschild black hole）的描述恰好相符：一个由物质组成的球体，密度大到连光也无法从它的引力场中逃逸。天文学家认定黑洞是存在的，认为大质量恒星核心坍缩之后就会形成它们。所以黑洞可以同时是虫洞，亦即星际旅行之门吗？数学上来说，可能可以——但是没人能活着完成这次旅行。
影片中，花朵状的永恒号太空船正在接近虫洞。图片：Paramount Pictures and Warner Brothers Entertainment
在史瓦西模型中，黑洞的核心是一个奇点，一个具有无限大密度的，中性的，静止的球体。惠勒计算了如果三维空间中两个相距遥远奇点跨越更高维度相连会发生什么——形象一点儿说，就是两个史瓦西黑洞通过隧道相连。他发现这样的虫洞天生就不稳定，这样的隧道可以形成，但是很快就会收缩“夹止”（即从中收缩断开），重新形成两个独立的奇点。这个过程非常快，隧道从形成到断开的时间如此之短，以至于连光都来不及从中穿过。而且如果宇航员想要从中通过的话，必然会遇到其中的一个奇点——这是件必死无疑的事情，因为奇点巨大的引力会将任何一个试图靠近的人撕得粉碎。
索恩也在这部电影的配套书籍《星际穿越中的科学》中写道：“任何试图穿越（虫洞）的人或物都会在夹止过程中被毁灭。”
如果黑洞转起来，形成一个克尔黑洞呢？
当然我们还有选择的余地：广义相对论认为还有可能存在着一种转动着的克尔黑洞（Kerr black hole）。与史瓦西黑洞中的球体不同，克尔黑洞中的奇点是一个环。有一些模型认为，人可以舒服地从这个环的中间通过，就像篮球通过篮筐那样。但是索恩对此观点有诸多异议。在1987年他发表的一篇关于穿越虫洞的论文中，他提出克尔黑洞的喉部具有一个非常不稳定的区域，叫做柯西视界（Cauchy horizon）。数学告诉我们，任何物质，包括光，试图通过这一视界的时候，这个通道都会坍缩。而且即使通过什么特殊的途径使得这个虫洞稳定下来，量子理论告诉我们虫洞里也将充满各种高能粒子。涉足克尔黑洞，你会被炸得像薯片一样脆。
如果再加入一些量子理论呢？
现在的关键是，经典引力理论尚未与量子理论完美结合——虽然有很多研究人员试图搞定它，但是用数学来表示量子世界依然很难实现。不过在一方面，普林斯顿大学的胡安·马尔达西那（Juan Maldacena）和斯坦福大学的伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）认为，虫洞可能是量子纠缠态的物理表现——这种状态下的物体不论距离多远都是相互关联的。
爱因斯坦曾讥讽量子纠缠为“鬼魅般的超距作用”，并拒绝接受这一理念。但是很多实验告诉我们量子纠缠是真实存在的——这一现象甚至在商业上都得以应用，例如在银行交易时用以保护在线传输的安全性。根据马尔达西那和萨斯坎德的理论，大量的纠缠态变化会改变时空的几何形态，以纠缠态黑洞的形式形成虫洞。但是这个版本的虫洞并不会使星际穿越之门。
“这些虫洞并不能让你超光速航行，”马尔达西那表示，“但是它可以让你与虫洞里的人见面，当然得提前警告你们，两边的人会同时死于引力奇点的作用。”
除了黑洞，我们还有其他的选择吗？
所以，黑洞是个大问题。那，虫洞可能是什么？哈佛-史密森尼天体物理中心的阿维·勒布（Avi Loeb）表示其实要形成一个虫洞的话，我们还有很多可能性：“因为我们现在还没有一个理论可以很好地将广义相对论与量子理论统一起来，所以我们还不知道能够形成虫洞的时空结构都有哪些可能性。
还有一个问题。索恩在他1987年的工作中发现，符合广义相对论的任何类型虫洞都会坍缩，除非它是由具有负能量的“奇异物质”支撑着的。他认为我们有证据表明奇异物质的存在，因为实验表明真空中的量子涨落似乎会产生一个负压，就像两面紧靠着的镜子一样。勒布还表示，我们观察到的暗能量可能进一步暗示着宇宙中奇异物质存在的可能性。
“纵观宇宙近代史，不难发现河外星系都在远离我们而去，而且速度越来越快，就像是受到了反重力的作用一样，”勒布表示，“如果我们认为宇宙中充满具有负压力的物质，就可以解释宇宙的加速扩张……就像是我们制造一个虫洞所需要的那种一样。”当然，这两位科学家都认为，自然形成一个虫洞需要的奇异物质太多了，而且只有高度发达的文明才有可能收集足够的奇异物质，来维持虫洞的稳定。
我们的宇航员，似乎真的凶多吉少。图片：Paramount Pictures and Warner Brothers Entertainment
当然其他的物理学家并不太相信这一观点。“我认为一个稳定的，可以穿行的虫洞的存在会让人十分困扰，因为这与已知的物理学定律相违背。”马尔达西那表示。北欧理论物理研究所的萨宾·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）对此更加怀疑：“我们目前没有任何证据表明它（奇异物质）存在。实际上很多人都认为它不可能存在，因为那样的话真空就会不稳定。”即使奇异物质存在，想要漂亮地穿越虫洞，可能也不是那么容易的事情。实际的效果可能取决于虫洞周围的时空曲率，以及虫洞中的能量密度，霍森菲尔德表示：“这里发生的情况可能和在黑洞里发生的差不太多：潮汐力太大，试图穿越的人被撕碎。”
即使与电影有着直接的关联，对于是否存在可以穿越的虫洞这一问题，索恩依然持悲观态度，更不用提宇航员能否活着穿越它们了。“如果（虫洞）能够存在，我非常怀疑它们能否在宇宙中自然形成，”他在书中写道。但是《星际穿越》的编剧克里斯托夫·诺兰和乔纳森·诺兰还是得到了索恩的赞赏，努力讲述一个植根于科学事实的故事本身就值得肯定。
“这个故事已经彻底成为克里斯托弗和乔纳森的故事了。”在接受《连线》杂志采访时，索恩表示，“但是故事的精髓，拍摄一部从一开始就将科学植入的电影的这一目标，以及这其中了不起的科学知识，都得以完整的保留。”（编辑：Ent）
<: Would Astronauts Survive an Interstellar Trip Through a Wormhole?
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究竟有没有能够横穿苹果的虫子呢，我遇到的它们大都是从另一个苹果进入然后从我手里这个钻出来的。
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全部评论(48)
究竟有没有能够横穿苹果的虫子呢，我遇到的它们大都是从另一个苹果进入然后从我手里这个钻出来的。
总结起来就五个字：电影不科学
这可真是，黑啊……
《星际穿越》中的宇航员能活着穿过虫洞吗？电影里面不是已经进去十好几个了吗，还出来一个……
一直赞同虫洞，随着科技的进步，who knows?
每次看到累类似的问题我都会难过自己那连一瞬都不到的生命毫无意义
一起举报掉3楼~
引用 的话：一起举报掉3楼~已举报~~~
标题党电影里明明已经预设了，有五维时空人在帮助他们（已经超脱宇宙的未来人类）
先解释一下G2是怎么活下来的，再来解释虫洞吧。这年头连黑洞自己的地位都不保了。
人类的目前的认知还很低下，任何理论只是适合目前的认知水平而已，数学仅仅是人类发明的工具，不是万能钥匙，拿固有思维去理解那你就错了
切，按照目前的理论，宇宙是一张七扭八歪坑坑洼洼到处是孔的破纸，你们还想对宇宙它做什么？！，喵~
必须赞！一部科幻电影能引起如此大的反响已经十分可贵了！
理论物理博士，科学松鼠会成员
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引用 的话：推荐有好奇心的读者看一本书买了好久还没看_(:з」∠)_
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引用 的话：这就是为什么我喜欢科幻作品的原因。它们植根于科学，又往往高于科学。谁影响了谁其实很难说清。也许N年之后，文明高度发达，再回头看这部电影，我们会感叹电影对未来科学的启发。另一种相反的情形也很鼓舞人心：我们回过头看，发现都是瞎扯
文科生，看不下去了。你们谁能告诉我到底能不能穿？
引用 的话：每次看到累类似的问题我都会难过自己那连一瞬都不到的生命毫无意...时间是个啥还没有说准的，人也许是有意义的吧。
引用文章内容：但是很多实验告诉我们量子纠缠是真实存在的——这一现象甚至在商业上都得以应用，例如在银行交易时用以保护在线传输的安全性。求解释这一部分。。在线传输的安全性是靠量子纠缠保护的？
讨论这么久
人类还没到那个水平
引用 的话：这就是为什么我喜欢科幻作品的原因。病句哦~哈哈~~上班时间开小差，写的急了~~~（脸红的跑掉）
你们这些人类~~先有洞才能钻好吧~电影是电影 现实是现实。。。电影里钻来钻去的有人活下来了~~现实中，洞呢？
引用 的话：文科生，看不下去了。你们谁能告诉我到底能不能穿？按目前的理论来推是不能穿。电影中的意思是开了五维的挂就能穿，算是个美好的向往吧。电影自身的逻辑是没问题的，只是不能用现时已有科学解释。不过话说回来了，这不就是科幻么。
至少现在做不到吧╮(╯_╰)╭估计飞进去后看到个信号……名字叫明镜……就乐呵呵的飞进去了……然后……没有然后了……
视界隔绝了因果关系，也就是说进入视界前是否活着和进入视界后是否活着没有因果关系。
《星际穿越》讲的好像是女主太空历险被吸进黑洞穿越到清朝的故事、我看完后到现在都不懂：女主是喜欢老四还是老八呢？
虫洞好像没有什么理论基础，看了这篇文章我也没有看到有啥理论支持
古代人还不能上天呢，现在人说未来人不能做什么不能做什么，只能说是稍微知道点皮毛就在卖弄的无知，诸位相对论封皮打开过没？？？我没打开过
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