《星际穿越》科学硬伤：人能活着穿越虫洞吗？

　　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，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？

　　

　　电影中展示的“黑洞”形象

　　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。”

　　via：果壳网

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