《星際穿越》劇照：被吸積盤(pán)圍繞的巨大黑洞和離得很近的一顆行星，強(qiáng)烈的時(shí)間 扭曲使得這顆行星表面一小時(shí)等于地球上七年。
在電影《星際穿越》中，男女主角在靠近黑洞的行星上，呆了幾個(gè)小時(shí)，回到飛船上發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過(guò)了二十幾年，這種情況可能出現(xiàn)嗎？通過(guò)蟲(chóng)洞可以完成時(shí)間、空間旅行嗎？在觀影之前先了解下黑洞、蟲(chóng)洞、時(shí)空旅行是怎么回事吧。
長(zhǎng)期以來(lái)
大多數(shù)人并不相信黑洞
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，黑洞是宇宙中有著強(qiáng)大引力的超高密度天體，任何物質(zhì)只要超過(guò)黑洞外圍的“視界”，都將被吸入黑洞，并且有去無(wú)回。
“黑洞”最早被科學(xué)家提出時(shí)還不叫“黑洞”。1783年，劍橋的學(xué)監(jiān)約翰·米歇爾進(jìn)行了一項(xiàng)論證：如果有個(gè)人垂直向上射出一個(gè)粒子，它的上升將被引力所減緩，而且這個(gè)粒子最終將停止上升并落下。如果初始向上的速度超過(guò)逃逸速度的臨界值，引力將不夠強(qiáng)大到足以停止該粒子，它將飛離遠(yuǎn)去。光速大約是每秒300000千米，光可以從地球或太陽(yáng)輕而易舉地逃逸。
米歇爾論斷，存在比太陽(yáng)更大質(zhì)量的恒星，其逃逸速度超過(guò)光速，因此任何光都可以被這些恒星的引力拖拽回去，在那種情況下，連光線都看不到。他將這樣的情況叫做“暗星”。
但是，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大多數(shù)物理學(xué)家都很懷疑，如此極端的形態(tài)是否真的在宇宙中發(fā)生過(guò)。愛(ài)因斯坦本人從不相信黑洞，而且大多數(shù)廣義相對(duì)論的元老都認(rèn)同他的態(tài)度。
1916年，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·施瓦茲席爾德揭示了廣義相對(duì)論中的一個(gè)令人吃驚的含義，他指出，如果恒星質(zhì)量被集中在足夠小的區(qū)域，恒星表面的引力場(chǎng)就會(huì)變得非常強(qiáng)，連光都不能逃逸，它是時(shí)空中以“事件視界”為界的區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，觀察者看不到任何東西，包括光。卡爾·施瓦茲席爾德的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有得到理解和重視。
直到1963年，3C273類星體的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了大量有關(guān)黑洞的理論研究及檢測(cè)它們的觀察嘗試。3C273類星體是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的類恒星無(wú)線電源，在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了大量的功率。物質(zhì)落入“黑洞”，似乎是能夠解釋這么高亮度的唯一機(jī)制。
霍金指出，大質(zhì)量的恒星把它們的氫燃燒成氦，氦又燃燒成諸如碳和氧等更重的元素，但是這些核反應(yīng)不會(huì)釋放出大量能量。恒星失去支持自身對(duì)抗引力的熱量和熱壓力，開(kāi)始坍縮，最終坍縮成零尺度和無(wú)限密度，從而形成奇點(diǎn)。當(dāng)恒星達(dá)到一定的臨界半徑，光線將在恒星常距離處逗留，永遠(yuǎn)不能離開(kāi)。光線的臨界軌跡掠過(guò)的表面稱作“事件視界”，它把時(shí)空中的光線隔離成能夠逃逸的區(qū)域和不能逃逸的區(qū)域。
1969年，美國(guó)物理學(xué)家約翰·阿奇巴爾德·惠勒為物體的坍縮狀態(tài)撰寫(xiě)了“黑洞”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，并激發(fā)了這個(gè)領(lǐng)域中的大量現(xiàn)代研究。
霍金在《果殼中的宇宙》中的理論說(shuō)明，一個(gè)落進(jìn)黑洞并撞到奇點(diǎn)上去的航天員的時(shí)間，將會(huì)終結(jié)。當(dāng)宇航員著陸在一顆正在坍縮的恒星上時(shí)，在這個(gè)恒星表面的時(shí)間就將緩慢下來(lái)并最終停止。
因此《星際穿越》中的情節(jié)設(shè)置有一定的理論基礎(chǔ)。不過(guò)這僅僅是物理學(xué)上的理論。人類要真正做到這些，暫時(shí)沒(méi)有可能。上海交通大學(xué)物理與天文系王斌教授告訴早報(bào)記者，“接近黑洞，就會(huì)被黑洞的潮汐力撕得粉碎，任何東西都不例外。男女主角在靠近黑洞的行星上，這個(gè)靠近的概念是多遠(yuǎn)的距離？就算靠近黑洞到可以感受到黑洞的作用，一旦越過(guò)視界，你也就無(wú)法再返回?！?/p>
蟲(chóng)洞還只是
停留在思想實(shí)驗(yàn)階段
時(shí)空旅行是科幻電影中常設(shè)的情節(jié)，《星際穿越》中的主角就經(jīng)歷了蟲(chóng)洞這個(gè)時(shí)空隧道。蟲(chóng)洞是什么？“可以把蟲(chóng)洞理解為連接不同時(shí)空的橋梁，你可以通過(guò)蟲(chóng)洞瞬間進(jìn)入另一空間，甚至回到過(guò)去的時(shí)間?！蓖醣笳f(shuō)。
物理學(xué)家基普·索恩說(shuō)，在紙上爬行的螞蟻感覺(jué)不到紙是平整的還是有褶皺的，同樣，宇宙中的我們也不太清楚，我們的宇宙在超空間里是平直的還是彎曲的。正是因?yàn)槌臻g的彎曲，距離遙遠(yuǎn)的星球才有可能相鄰，從而可以通過(guò)很短的蟲(chóng)洞連接起來(lái)。
蟲(chóng)洞不只是科幻小說(shuō)家憑空想象的東西，1916年，數(shù)學(xué)家就在愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的解里發(fā)現(xiàn)了它?！翱梢哉f(shuō)蟲(chóng)洞是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，從物理角度目前無(wú)法觀測(cè)到?！蓖醣蟾嬖V早報(bào)記者。
索恩幾十年來(lái)也在懷疑蟲(chóng)洞的存在。我們可以在星系中大量觀測(cè)到大質(zhì)量的恒星在死亡坍縮時(shí)會(huì)形成黑洞，但在自然界卻沒(méi)有看到類似蟲(chóng)洞的生成方式。“實(shí)際上，沒(méi)有任何理由相信我們的宇宙在今天包含了任何會(huì)產(chǎn)生蟲(chóng)洞的奇點(diǎn)，即使存在這樣的奇點(diǎn)，也難以理解兩個(gè)奇點(diǎn)能在廣闊的超空間里相遇而形成蟲(chóng)洞”，索恩在《黑洞與時(shí)間彎曲》中寫(xiě)道。
按照愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程，蟲(chóng)洞的壽命非常短暫，在輻射的隨機(jī)打擊下還會(huì)更短，比以往更加快速地收縮、關(guān)閉，仿佛它根本不曾存在過(guò)。索恩開(kāi)始思考是否有一種無(wú)限發(fā)達(dá)的文明，可以讓蟲(chóng)洞總是開(kāi)著。以愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程為基礎(chǔ)，索恩認(rèn)為，可以用某種奇異物質(zhì)貫穿蟲(chóng)洞，靠引力作用將洞壁撐開(kāi)，這個(gè)貫穿蟲(chóng)洞的奇異物質(zhì)必須具有負(fù)能量密度。
蟲(chóng)洞需要奇異物質(zhì)打開(kāi)的發(fā)現(xiàn)，在1988—1992年間激起了理論研究熱潮，中心問(wèn)題是：物理學(xué)定律容許奇異物質(zhì)存在嗎？如果是，應(yīng)該在什么條件下呢？直到今天，關(guān)于開(kāi)啟蟲(chóng)洞的條件以及奇異物質(zhì)的存在都未有定論，這也為各類科幻電影、小說(shuō)提供了很大的發(fā)揮空間。
索恩說(shuō)，假如大爆炸沒(méi)有生成蟲(chóng)洞，那么一個(gè)無(wú)限發(fā)達(dá)的文明，可能用量子方法或扭曲空間的辦法構(gòu)造蟲(chóng)洞，但不論使用哪種方法，時(shí)間在所有參照系看來(lái)都會(huì)被強(qiáng)烈扭曲，因此，蟲(chóng)洞就成為了一臺(tái)時(shí)間機(jī)器。
索恩假設(shè)了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，找一個(gè)很短的蟲(chóng)洞，一個(gè)洞口放在家中起居室，另一個(gè)洞口放在門(mén)前草地上的家庭飛船。索恩留在家里的洞口，妻子卡洛麗從另一個(gè)洞口乘飛船以光速去宇宙旅行。整個(gè)旅行過(guò)程中，兩人的手通過(guò)蟲(chóng)洞握在一起?？妍悓⒂诔霭l(fā)后12個(gè)小時(shí)回到家前的草地。但以地球時(shí)間來(lái)測(cè)量，卡洛麗回來(lái)后，地球上已經(jīng)過(guò)了10年。10年后，卡洛麗回來(lái)，索恩站在妻子身后，從洞里看，握著她的手的人，正是10年前的他自己。
索恩提醒，雖然在思想實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)蟲(chóng)洞回到過(guò)去，但這個(gè)“過(guò)去”并不是隨便的時(shí)間，因?yàn)槟呐率窃诶碚撋?，也不可能通過(guò)蟲(chóng)洞，穿越到進(jìn)入蟲(chóng)洞之前的時(shí)間里。也就是說(shuō)，蟲(chóng)洞只在蟲(chóng)洞兩端有效，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其他時(shí)空的隨意穿越。當(dāng)然，如果有很多的相互連通蟲(chóng)洞，那效果就大不相同了。
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