黑洞是虫洞吗？

By Paul Sutter

2022/9/14

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我们能用它们来穿越这个宇宙吗？

虫洞仍然是科幻小说的素材。. (Image credit: Shutterstock)

在科幻小说中，太空探险者常规的疾驰过空时中被两个黑洞连接的虫洞------如此密甚至光不能逃脱它们的抓住的天体。

但黑洞真的是进入虫洞的门路吗？这些虫洞看起来会像《星际迷航》里它们的对手的任何一样吗？

简短的答案是可能不会，尽管宇宙的数学并没有完全排除它。

靠它们本身，在一个黑洞中心的唯一东西是一个奇点------一个无限密度的点。

然而，从理论上讲一个黑洞可以与一个叫白洞的镜像配对成孪生来形成一个虫洞。尽管如此，这些理论上的虫洞会看起来不像科幻小说中描述的任何东西一样------传统的虫洞被预测是令人难以置信的不稳定，这意味一个单一的物质粒子进入了它们的时刻它们应该坍塌。

一些物理学家预测如果虫洞被从一个旋转的黑洞形成一个虫洞可能会变得更稳定，但我们的在这种场景中发生什么的理解充其量是模糊的。

爱因斯坦罗森桥

科学家们首先不是通过在宇宙中的观察发现了黑洞，而是通过爱因斯坦广义相对论的数学。这些方程表明了如果你把足够多的物质碾压成一个足够小的体积，那么引力压倒每一个其它力并把物质缩小成一个无限小的点，称为奇点。

黑洞是单向旅行。一旦有人跨过他们的叫事件地平线的边界，他们永远不能逃脱。虽然黑洞从前被考虑只是爱因斯坦方程的一个技巧，但天文观测最终揭示了黑洞确实存在于宇宙中。

但同样的数学也允许一个黑洞的正好相反：一个白洞。一个白洞仍然在它的中心有一个奇点和有一个围绕它的地平线。但不是一个人落入并发现它不可能来逃脱，而是一个白洞永远不能从外面到达事件地平线，因为它正在恒定的比光速更快把它的内容抛入宇宙。

将黑洞和白洞的成对奇点连接形成最简单的一种虫洞，也被称为爱因斯坦-罗森桥。

不是很有用的

这里我们看到一位艺术家的一个事件地平线的描画。 (Image credit: AleksandrMorrisovich/Shutterstock)

不幸的是，爱因斯坦-罗森桥对穿越宇宙不是很有用的。首先，虫洞的入口位于事件地平线后面。因为一个人不能进入在白洞的一侧，他们应该不得不掉进一个黑洞来进入。但一旦有人跨过一个事件地平线，他们永远不能逃脱。这意味着如果你进入这个虫洞你永恒的被困在里面。

爱因斯坦-罗森桥的另一个问题是它们的稳定性。俄亥俄州立大学的物理学家萨米尔·马图尔在一封电子邮件中告诉《生活科学》杂志，“这座桥是一种虫洞，但它是暂时的：在任何物体能用它从一边通过到另一边之前它会被钳掉。因此在这个意义上人们不真的有一个虫洞，因为人们不能穿越它”。

这种不稳定性存在是因为创造一个虫洞需要一个非常精确和仔细的物质的安排。任何扰乱这种微妙平衡的东西------甚至一包光或光子------都会触发虫洞的瞬间坍塌。虫洞会像一个过度拉伸的橡皮筋一样撕裂开它自己，比光速的速度更快，阻止任何东西下到它上旅行。

此外，物理学家们大多认为在我们的宇宙中不存在白洞。与它们的兄弟姐妹不同，白洞是疯狂的不稳定的。按照数学，一旦甚至一个单一的物质点朝向它们落，它们瞬即爆炸。因此，即便白洞自然的形成了它们也不会持续太久。

白洞的存在的不确定性、爱因斯坦-罗森桥的不稳定性以及它们的相对无用性的结合意味着如果虫洞存在它们可能不是爱因斯坦-罗森桥。

.一个旋转的奇点

也许有一种可以从一个更复杂的黑洞来建立一个虫洞的方法：考虑到它们的旋转。所有的黑洞自旋，但新西兰数学家罗伊·克尔是第一个来解旋转黑洞的数学的人。

在一个旋转的黑洞的中心，极端的离心力将这个点一样的奇点扩散成一个环。对这个“环奇点”来变成一个虫洞的入口这可能是有可能的，但再一次稳定性的问题出现。

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马图尔说，“一个克尔黑洞的奇点被一个“内地平线”包围，而“内地平线”反过来被一个“外地平线”包围。人们相信内地平线不是一个稳定的概念，而少量的掉入物质将彻底的改变这个地平线内的区域，这样也修改奇点。这种不稳定性的最终结果是不清楚的”，问题是如果物质朝向环奇点掉，它遭遇两个相互竞争的效应：奇点本身的巨大引力拉力和在黑洞中心自旋的极端离心力，这将作用在相反的方向上。

正如你能想象的，这不是一个很舒服的情况，事情很可能很快要乱套的。这种情况是如此不稳定以致它甚至可能完全阻止奇点的形成。在这种情况下，许多物理学家相信一旦我们获得一个这些天体的更好理解来自一个旋转黑洞的环奇点的概念将被一个更具体的想法取代。

Originally published on Live Science.

https://www.livescience.com/are-black-holes-wormholes