【發現重力波】廣義相對論未有排除 蟲洞理論可成真嗎?

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一談到時空扭曲,很多看過電影《星際啟示錄》(Interstellar)的人,相信都會聯想起黑洞、蟲洞、星際旅行,有人甚至可能會聯想到時光機。到底重力波的發現,與這些科幻想像,又有否關係?

(《星際啟示錄》劇照)

根據廣義相對論,宇宙的時空,會受到當中存在的物質如星體、黑洞等影響,巨型星體的存在,會令附近時空出現扭曲,產生我們在地球所感受到的重力。很多人都猜想,是否有可能透過扭曲時空,繞過光速的限制,實現星際旅行甚至時間旅行。《星際啟示錄》的故事,就提到太空人透過在土星附近的蟲洞,前往另一個遙遠的星系。

愛因斯坦的廣義相對論,指出重力可令時空扭曲,推斷了重力波的存在;而根據廣義相對論,蟲洞理論上也可以存在。1916年,數學家 Ludwig Flamm就按照廣義相對論的方程式,提出蟲洞存在的可能性。簡單而言,蟲洞就是在時空極度扭曲下產生的一條「時空捷徑」,令人可以從宇宙一端迅速去到另一端,情形就類似一條在大蘋果表面上爬的小蟲,正常而言牠要在蘋果表面上爬一段時間,才能從蘋果的一邊去到另一邊,但如果蘋果中間有一個洞,牠就可以毋須沿蘋果表面去爬,而能迅速經過這個洞子,從蘋果的一邊去到另一邊。

(《星際啟示錄》劇照)

物理學家Eric Davis指出,蟲洞理論上就像一條超級太空隧道,可將我們宇宙兩處相距遙遠的地區連在一起,甚至是將兩個不同的宇宙(如果另一個宇宙確實存在)連接起來。然而Kip Thorne指出,雖然根據廣義相對論,蟲洞理論上可以存在,但對於蟲洞是否真能夠在宇宙自然地形成和存在,科學家並沒共識,何況科學家根本從未發現任何蟲洞存在的證據。

他和一些科學家都認為,就算是它真的出現,也極度不穩定,會迅即倒塌,沒機會讓任何東西(包括人)去通過它。要撐住蟲洞不會即時崩塌,就需要一些「支架」。據科學家猜想,一般物質不可能負起此重任,必須使用一些「奇異物質」,例如暗黑能量(dark energy)或暗黑物質(dark matter)。有科學家就相信,蟲洞可在暗黑物質大量存在的宇宙空間存在,例如在我們銀河系之外的地方。

科學家相信,宇宙內存在的暗黑物質,是已知正常物質的五倍以上,但問題是科學家迄今仍無法直接偵測暗黑物質或暗黑力量的存在。一些人懷疑,蟲洞可能產生重力波,只要能偵察到它,就能掌握蟲洞存在的線索,但這始終只是科幻猜想。

有份參與《星際啟示錄》攝製、亦是今次發現重力波的研究者 Kip Thorne,周四在記者會上坦言,「我不認為今次成功偵察到重力波,能令我們向實現時間旅行踏前絲毫半步」。另一位物理學家 Andreas Karch也認為,蟲洞始終只是純理論上的建構想像,很難想像它真的存在並能讓人類通過。

不過Eric Davis則認為不應排除任何可能性。他指出,廣義相對論已被證實是一個非常堅實的理論,按照這套理論所預言的黑洞、中子星和重力波等都已一一證實存在,既然如此,為何廣義相對論認為理論上可以存在的蟲洞,就不可能出現呢?物理學家 Brian Greene亦說:「今次發現可讓我們以嶄新方法探索時空,也許有朝一天真的能帶來時空旅遊突破?誰知未來會如何呢?但要向前行出第一步,必然就是先有深入理解。」

科學家構思兩個黑洞靠攏相撞產生動力波的情況。(網上圖片)



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