穿越时空一直是人类的梦想。许多科幻作品都有生动的笔触,仿佛作者是时间和空间旅行者的常客。那个讨厌的男同学潜入书桌抽屉,以便将来自救。超人从来没有学会在里面穿内裤,他在地上飞来飞去,倒转时间,只是为了把心爱的人从死亡中带回来。

然而,没有机器猫和我们的能力,时间旅行工具从何而来?虚构的科幻作家总是触手可及:一架灰色的德洛尔德马克-12将马丁带回到过去,在混乱中爱上了他的母亲。好莱坞的英俊男女常常被“中世纪古井”抛入现代繁华的城市,开始他们“中世纪公主+21世纪律师”或“19世纪落魄贵族公爵+新时代广告女强人”的爱情故事。更多懒惰的作家含糊其辞:英雄总是“穿过那扇耀眼的门,发现自己在XXX”。

然而,似乎一切皆有可能。根据最新的科学报告,科学家观察到伽马射线爆发需要102秒,而正常的爆发时间不到1秒。因此,他们认为这段时间的强度和持续时间可以用一个短暂的白洞来解释——也就是说,我们可能找到了“闪亮的门”。

哪里有黑色,哪里就有白色。

也许你没听过“白洞”这个名字,但你一定知道他“臭名昭著”的孪生兄弟——黑洞。

黑洞是宇宙中贪婪的“吞食者”。一旦任何物质,甚至光,进入黑洞的“影响范围”,它就永远无法逃脱。如果黑洞不能进进出出,白洞就不能出来,相反:白洞不断高速喷射星际物质和宇宙能量,包括基本粒子。然而,由于白洞的无限排斥力,任何物质或光都无法进入它的视界。

科学家们设想黑洞和白洞是由一个时空开口连接起来的,这个开口被称为“虫洞”:想象一张中间有一个大保龄球的拉伸床单。在重力的作用下,床单的中间会塌陷。现在保龄球被挤压,允许相同质量的物质被挤压到越来越小的空间。随着体积变小,保龄球的密度会越来越大。这将会把球台的中心压得越来越低,直到保龄球被挤压成针头大小。这时,球的密度和引力场的力量变得如此之大,以至于它刺穿了薄片中心的一个小孔。在黑洞中心创造一个虫洞的过程是相似的。

床单类似于宇宙的广阔时空——它不是一个平坦的空间,而是会被一些干扰扭曲。保龄球被压缩成针头大小,代表一个质量非常大、体积非常小的黑洞。它吸收周围的所有物质和辐射,甚至光也无法逃离它——这是一个产生强大引力场的干扰源。纸张中心的小孔是由时间和空间的扭曲造成的开口。科学家称之为“虫洞”,这是传说中的时间流逝。

像半个漏斗一样的时间流逝

那么,床单的另一边发生了什么?

爱因斯坦是宇宙对称性的拥护者。在他看来,既然有黑洞,就一定有白洞。爱因斯坦设想在虫洞的另一边有一个“平行宇宙”,那里有相对的黑洞天体和致密物质的喷射源,即白洞。

此时,白洞理论上只是黑洞的镜像。1971年,美国国家无线电天文台的天体物理学家罗伯特·杰明在《自然》杂志上发表了一篇论文,提出物质实际上可以落入黑洞,然后在宇宙的其他部分重新出现,甚至是在一个完全不同的宇宙中——精确地通过白洞来完成这一运动。

把黑洞想象成一个有长“喷口”的大漏斗,而白洞则是相反方向的漏斗。将两个“漏嘴”连接在一起将会形成一个类似沙漏时间的物体。这两个“漏斗”由一根非常细的“喷管”(也就是上面提到的“虫洞”)连接起来。此时,“漏嘴管道”形成了一个连接遥远宇宙区域的狭窄时空管道。

海杰明的假设为一个长期困扰科学家的问题提供了一个可能的答案——黑洞中所有的物质都消失在哪里了?这段奇怪的文字听起来像爱丽丝漫游仙境中的“兔子洞”。他更令人着迷的假设是,这种物质传输不仅仅是单行道,物质会通过黑洞离开另一个宇宙,出现在我们现有的宇宙中。这样,两个宇宙将保持一定的物质平衡。

伽马射线爆发或白洞出现

与黑洞相比,白洞很少受到学术界的关注。这主要是因为在白洞理论提出后的几十年里,科学家们没有发现任何可观察到的或间接的证据来证明白洞的存在。许多人不禁要问,如果白洞存在,它们在哪里?

最近,科学界发布了一些令人兴奋的研究结果。

这一事件可以追溯到2006年6月14日,当时美国宇航局的SWIFT探测卫星观测到一次不寻常的伽马射线爆发。所谓的“伽马射线爆发”指的是外层空间的一种瞬时高能爆发现象,是宇宙中最强大的爆炸之一。一般来说,伽马射线爆发的持续时间很短,在1秒内。持续超过2秒的长伽马射线爆发称为“长伽马射线爆发”,基本上很少持续超过1分钟。

这一天发生的伽马射线爆发持续了102秒!通常情况下,长时间的爆炸源于超新星爆炸,但是在这次爆炸中,科学家们没有发现任何超新星爆炸的痕迹。

经过五年的研究,美国宇航局科学家最近提出,伽马射线爆发的强度和持续时间可以用一个短暂的白洞来解释。当时,白洞喷射出一些物质,然后迅速坍塌,导致大规模爆发。因此,这可能成为人类发现的第一个白洞。

然而,报告也指出,这只是一个可能的解释,中间提出的一些条件并没有说服大多数天文学家。

但至少,这给了我们一些启发。毕竟,在黑洞理论的最初几十年里,我们没能找到它的任何踪迹。科学家们期待着下一次奇怪的爆发,以获得更多的观察数据。

时光旅行回到鸿蒙之初

尽管白洞理论听起来有点像寓言,但物理学界一直在对时间旅行的可能性进行相当认真的研究。1949年,库尔特·哥德尔发现了广义相对论允许的新时空——这是物理定律第一次允许人们在时间中旅行。

1905年,爱因斯坦在他的相对论中指出,时间不是绝对的!根据物体的质量和速度,它的时间和空间也会改变。然而,宇宙中的时空并不平坦。由于各种天体引力场的影响,宇宙中不同位置的时间“速度”是不同的。例如,由于黑洞的强大引力场,它附近的时间会明显变慢,而在黑洞内部,科学家认为它是一个“时间的笼子”,时间是停滞的。

然后,让我们假设当宇航员在太空中穿越黑洞附近时,时间会变得非常缓慢。因此,当他再次回到地球时,他可能会发现地球已经过去了一千年。

问题是贪婪的黑洞不允许任何物质逃逸!当一名宇航员接近黑洞时,即使他没有被巨大的引力场拖进无数分散的粒子中,他也会永远被囚禁在黑洞里——即使他能因时间停滞而与天空一样长寿,他也不会快乐。

令人鼓舞的是,白洞和连接黑洞和白洞的虫洞为我们提供了时空旅行的可能性。白洞的存在意味着被吸进黑洞的物质仍然有“生存”的可能性。如果它们能顺利通过虫洞,它们可能会被从白洞中弹出,在时间和空间上跳跃。

一些科学家认为白洞存在于大爆炸的早期。如果这是真的,那么我们可以推测,当前的黑洞可能通过某种我们目前不知道的机制与过去的白洞相连。这意味着科学家有一天可能会回到宇宙的开端,探索地球创造的奥秘。

无法解释的“祖父悖论”

白洞的发现可以说让人们远离了时间旅行,但是科学家们目前的研究结果可能会让那些准备存钱买时间旅行票的人失望。

纽约城市大学的物理学家、《自由空间与平行世界》的作者加来道雄说,“虫洞连接着未来和过去。但我们不要过于乐观,因为时间机器的燃料供应绝不是当前人类技术所能达到的。”Kaku说,在时空中“钻孔”需要恒星的能量,或者相反,来自其他恒星的“负能量”小于“无”。

不仅如此,时间和空间的跳跃也会带来许多悖论,其中最著名的是“祖父悖论”。法国科幻作家雷内·巴亚尔在1943年的小说《偶然的游客》中首次提出了这个悖论:“如果我回到过去,误杀了我年轻的祖父,会怎么样?既然没有祖父,就没有“我”,没有“我”,祖父就不会死,祖父也不会死,还有一个“我”可以回到过去,错误地杀死他的祖父……”只要时间旅行者试图改变历史,就会有各种类似的悖论。

也有可能,回到过去的自我,已经改变的是存在于另一个平行宇宙中的“自我”,在这个宇宙中,事件的发生和演化与这里不同。这样,“祖父悖论”就解决了。我在另一个宇宙杀死了我年轻的祖父,那么在另一个宇宙的未来就不会有“我”。然而,这种“回到过去”的方式不能称为真正的回到过去。

各种矛盾困扰着寻找“十字路口”的科学家们。因此,尽管我们可能发现了白洞,也许相反方向的时钟并没有这么快成为现实。然而,白洞和宇宙早期爆发之间的联系以及时间旅行的诱人可能性让我们怀疑宇宙的终极密码是否隐藏在白洞中。也许有一天,科学家们将会拿到穿过大门的钥匙,时间机器将会从科幻小说中实现,就像人类登上月球和潜水艇一样。