大师作文网黑洞与虫洞一样么?是不是都能回到过去还是都是一个时空隧道的样子
来源：学生作业帮 编辑：大师作文网作业帮 分类：语文作业 时间：2024/11/17 01:21:19
黑洞与虫洞一样么?
是不是都能回到过去还是都是一个时空隧道的样子
是不是都能回到过去还是都是一个时空隧道的样子
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然.所谓“黑洞”,就是这样一种天体：它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来.
根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出.而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面.
等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时,就连垂直表面发射的光都被捕获了.到这时,恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出.实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到.
那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的.
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程.当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢）,由中心产生的能量已经不多了.这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量.所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡.
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星.而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量.如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩.
这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”.而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了.
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了.例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想.那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间.我们都知道,光是沿直线传播的.这是一个最基本的常识.可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲.这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线.形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向.
在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的.而在黑洞周围,空间的这种变形非常大.这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球.所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术.
更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球.这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞,你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来.这样的黑洞和白洞的组合叫做虫洞.
白洞有可能离黑洞十分远；实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”--那就是,一个时空区域,除了虫洞本身,完全和我们在的区域没有连接.一个位置方便的虫洞会给我们一个方便和快捷的方法去旅行很长一段距离,甚至旅行到另一个宇宙.或许虫洞的出口停在过去,这样你可以通过它而逆着时间旅行.总的来说,它们听起来很酷.
但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前,你因该知道两件事.首先,虫洞几乎可以肯定不存在.正如我们上面我们说到白洞时,只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在.特别的,当黑洞由普通物质坍塌形成（包括我们认为存在的所有黑洞）并不会形成虫洞.如果你掉进其中的一个,你并不会从什么地方跳出来.你会撞到奇点,那是你唯一可去的地方.
还有,即使形成了一个虫洞,它也被认为是不稳定的.即使是很小的扰动（包括你尝试穿过它的扰动）都会导致它坍塌.
最后,即使虫洞存在并且是稳定的,穿过它们也是十分不愉快的.贯穿虫洞的辐射（来自附近的恒星,宇宙的微波背景等等）将蓝移到非常高的频率.当你试着穿越虫洞时,你将被这些X射线和伽玛射线烤焦.虫洞的出现,几乎何以说是和黑洞同时的.
物 理 学 家 一 直 认 为 , 虫 洞 的 引 力 过 大 , 会 毁 灭 所 有 进 入 它 的 东 西 , 因 此 不 可 能 用 在 宇 宙 旅 行 之 上 .
黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然,这种连接无论是如何的将强,它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”.
虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具,它还开宇宙的正常时空中出现,成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道.
虫洞没有视界,踏有的仅仅是一个和外界的分解面.虫洞通过这个分解面和超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大.就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切,在虫洞的问题中,它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切,在这里时空曲率不是无限大.因而我们现在可以安全地通过虫洞,而不被巨大的引力所摧毁.
虫洞的存在,依赖于一种奇异的性质和物质,而这种奇异的性质,就是负能量.只有负能量才可以维持虫洞的存在,保持虫洞与外界时空的分解面持续打开.
根据参照系的不同,负能量是十分容易实现的.在物体以近光速接近虫洞的时候,在虫洞的周围的能量自然就成为了负的.因而以接近光速的速度可以进入虫洞,而速度离光速太大,那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的.这个也就是虫洞的特殊性质之一.
我们先来看在黑洞中的虫洞,也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙.
黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下,会被黑洞的引力能“喂”大,成为十分的能量辐射.这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁.
在没有黑洞包围的虫洞中,由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”,虫洞本身也不可能开启太久.虫洞有很大几率被随机打开,但是有更大的几率突然消失.虫洞打开的时间十分短,仅仅是几个普朗克时间.在如此短的“寿命”中,即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途,而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失,成为真正的四维时空组旅行者.
而且,在没有物体通过虫洞的时候,虫洞还比较“长寿”,而一旦有物体进入了虫洞,如果这个物体是负能量的,那么还好,虫洞会被撑开；但是如果物体是正能量的,那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉.而在宇宙中,几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落,而这些辐射都是正能量的,因此几乎可以肯定,在自然情况下是不存在虫洞的.
虫洞的自然产生机制有两种：
其一,是黑洞的强大引力能；
其二,是克尔黑洞的快速旋转,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和旋转能的作用下被击穿,成为一些十分小的虫洞.这些虫洞在黑洞引力能的作用下,可以确定它们的出口在那里,但是现在还不可能完全完成,因为量子理论和相对论还没有完全结合.
根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出.而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面.
等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时,就连垂直表面发射的光都被捕获了.到这时,恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出.实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到.
那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的.
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程.当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢）,由中心产生的能量已经不多了.这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量.所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡.
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星.而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量.如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩.
这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”.而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了.
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了.例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想.那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间.我们都知道,光是沿直线传播的.这是一个最基本的常识.可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲.这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线.形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向.
在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的.而在黑洞周围,空间的这种变形非常大.这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球.所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术.
更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球.这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞,你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来.这样的黑洞和白洞的组合叫做虫洞.
白洞有可能离黑洞十分远；实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”--那就是,一个时空区域,除了虫洞本身,完全和我们在的区域没有连接.一个位置方便的虫洞会给我们一个方便和快捷的方法去旅行很长一段距离,甚至旅行到另一个宇宙.或许虫洞的出口停在过去,这样你可以通过它而逆着时间旅行.总的来说,它们听起来很酷.
但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前,你因该知道两件事.首先,虫洞几乎可以肯定不存在.正如我们上面我们说到白洞时,只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在.特别的,当黑洞由普通物质坍塌形成（包括我们认为存在的所有黑洞）并不会形成虫洞.如果你掉进其中的一个,你并不会从什么地方跳出来.你会撞到奇点,那是你唯一可去的地方.
还有,即使形成了一个虫洞,它也被认为是不稳定的.即使是很小的扰动（包括你尝试穿过它的扰动）都会导致它坍塌.
最后,即使虫洞存在并且是稳定的,穿过它们也是十分不愉快的.贯穿虫洞的辐射（来自附近的恒星,宇宙的微波背景等等）将蓝移到非常高的频率.当你试着穿越虫洞时,你将被这些X射线和伽玛射线烤焦.虫洞的出现,几乎何以说是和黑洞同时的.
物 理 学 家 一 直 认 为 , 虫 洞 的 引 力 过 大 , 会 毁 灭 所 有 进 入 它 的 东 西 , 因 此 不 可 能 用 在 宇 宙 旅 行 之 上 .
黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然,这种连接无论是如何的将强,它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”.
虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具,它还开宇宙的正常时空中出现,成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道.
虫洞没有视界,踏有的仅仅是一个和外界的分解面.虫洞通过这个分解面和超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大.就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切,在虫洞的问题中,它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切,在这里时空曲率不是无限大.因而我们现在可以安全地通过虫洞,而不被巨大的引力所摧毁.
虫洞的存在,依赖于一种奇异的性质和物质,而这种奇异的性质,就是负能量.只有负能量才可以维持虫洞的存在,保持虫洞与外界时空的分解面持续打开.
根据参照系的不同,负能量是十分容易实现的.在物体以近光速接近虫洞的时候,在虫洞的周围的能量自然就成为了负的.因而以接近光速的速度可以进入虫洞,而速度离光速太大,那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的.这个也就是虫洞的特殊性质之一.
我们先来看在黑洞中的虫洞,也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙.
黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下,会被黑洞的引力能“喂”大,成为十分的能量辐射.这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁.
在没有黑洞包围的虫洞中,由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”,虫洞本身也不可能开启太久.虫洞有很大几率被随机打开,但是有更大的几率突然消失.虫洞打开的时间十分短,仅仅是几个普朗克时间.在如此短的“寿命”中,即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途,而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失,成为真正的四维时空组旅行者.
而且,在没有物体通过虫洞的时候,虫洞还比较“长寿”,而一旦有物体进入了虫洞,如果这个物体是负能量的,那么还好,虫洞会被撑开；但是如果物体是正能量的,那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉.而在宇宙中,几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落,而这些辐射都是正能量的,因此几乎可以肯定,在自然情况下是不存在虫洞的.
虫洞的自然产生机制有两种：
其一,是黑洞的强大引力能；
其二,是克尔黑洞的快速旋转,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和旋转能的作用下被击穿,成为一些十分小的虫洞.这些虫洞在黑洞引力能的作用下,可以确定它们的出口在那里,但是现在还不可能完全完成,因为量子理论和相对论还没有完全结合.