【发现重力波】广义相对论未有排除 虫洞理论可成真吗?
一谈到时空扭曲,很多看过电影《星际启示录》(Interstellar)的人,相信都会联想起黑洞、虫洞、星际旅行,有人甚至可能会联想到时光机。到底重力波的发现,与这些科幻想像,又有否关系?
根据广义相对论,宇宙的时空,会受到当中存在的物质如星体、黑洞等影响,巨型星体的存在,会令附近时空出现扭曲,产生我们在地球所感受到的重力。很多人都猜想,是否有可能透过扭曲时空,绕过光速的限制,实现星际旅行甚至时间旅行。《星际启示录》的故事,就提到太空人透过在土星附近的虫洞,前往另一个遥远的星系。
爱因斯坦的广义相对论,指出重力可令时空扭曲,推断了重力波的存在;而根据广义相对论,虫洞理论上也可以存在。1916年,数学家 Ludwig Flamm就按照广义相对论的方程式,提出虫洞存在的可能性。简单而言,虫洞就是在时空极度扭曲下产生的一条“时空捷径”,令人可以从宇宙一端迅速去到另一端,情形就类似一条在大苹果表面上爬的小虫,正常而言牠要在苹果表面上爬一段时间,才能从苹果的一边去到另一边,但如果苹果中间有一个洞,牠就可以毋须沿苹果表面去爬,而能迅速经过这个洞子,从苹果的一边去到另一边。
物理学家Eric Davis指出,虫洞理论上就像一条超级太空隧道,可将我们宇宙两处相距遥远的地区连在一起,甚至是将两个不同的宇宙(如果另一个宇宙确实存在)连接起来。然而Kip Thorne指出,虽然根据广义相对论,虫洞理论上可以存在,但对于虫洞是否真能够在宇宙自然地形成和存在,科学家并没共识,何况科学家根本从未发现任何虫洞存在的证据。
他和一些科学家都认为,就算是它真的出现,也极度不稳定,会迅即倒塌,没机会让任何东西(包括人)去通过它。要撑住虫洞不会即时崩塌,就需要一些“支架”。据科学家猜想,一般物质不可能负起此重任,必须使用一些“奇异物质”,例如暗黑能量(dark energy)或暗黑物质(dark matter)。有科学家就相信,虫洞可在暗黑物质大量存在的宇宙空间存在,例如在我们银河系之外的地方。
科学家相信,宇宙内存在的暗黑物质,是已知正常物质的五倍以上,但问题是科学家迄今仍无法直接侦测暗黑物质或暗黑力量的存在。一些人怀疑,虫洞可能产生重力波,只要能侦察到它,就能掌握虫洞存在的线索,但这始终只是科幻猜想。
有份参与《星际启示录》摄制、亦是今次发现重力波的研究者 Kip Thorne,周四在记者会上坦言,“我不认为今次成功侦察到重力波,能令我们向实现时间旅行踏前丝毫半步”。另一位物理学家 Andreas Karch也认为,虫洞始终只是纯理论上的建构想像,很难想像它真的存在并能让人类通过。
不过Eric Davis则认为不应排除任何可能性。他指出,广义相对论已被证实是一个非常坚实的理论,按照这套理论所预言的黑洞、中子星和重力波等都已一一证实存在,既然如此,为何广义相对论认为理论上可以存在的虫洞,就不可能出现呢?物理学家 Brian Greene亦说:“今次发现可让我们以崭新方法探索时空,也许有朝一天真的能带来时空旅游突破?谁知未来会如何呢?但要向前行出第一步,必然就是先有深入理解。”