虫洞与时空旅行(选修课结课论文)

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1、序号：1101虫洞与时空旅行姓名专业班级学号摘要：本文介绍了有关虫洞的一些问题，包括虫洞的概念及提出，虫洞的结构，虫洞的形成，及虫洞和黑洞区别，并介绍了虫洞下的时空旅行，同时论述了时空旅行的可能性。虫洞的概念是由伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦所提出，现在虽仍然无法证明其存在性，但也发现了一些与其相关的信息。人们相信虫洞的存在，期待着有一天能够彻底破解虫洞之谜，并且自由地能够穿梭时空。关键词：虫洞时空旅行相对论一、虫洞的形成以及虫洞的一些相关常识虫洞理论是爱因斯坦1913年提出的，但此后的很长时间，人们几乎忘记了它。20世纪

2、80年代中期，卡尔·萨根在他的小说《接触》中首次重提虫洞。作为一个科学家，萨根希望尽可能科学而准确地描述虫洞，为此，他还专门请教了加州科技学院的物理学家基普·德隆，最后，在萨根的小说中，主人公艾莉经由一个虫洞到达了银河系的中心。（一）虫洞是怎样形成的1、虫洞的概念与提出虫洞是霍金构想的宇宙期存在的一中极细微的洞穴。在广义相对论发表后不久，1935年，爱因斯坦就在理论上发现了“虫洞”—也就是由两个相连的“黑洞”所构成的时空结构中的“豁口”的存在——一条贯穿空间和时间的隧道。虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条假想捷径，它有两个洞

3、口，是空间弯曲的产物。在图中，我们宇宙理想化为二维的，宇宙的空间在图中表现为一张二维面。在纸上爬行的蚂蚁感觉不到纸是平整还是褶皱的，同样，宇宙中的我们也不太清楚我们的宇宙在超空间里是平直的还是像图那样弯曲的。然而有一点褶皱也是重要的，这样地球和天狼星才可能在超空间里相邻，从而才可能通过很短的虫洞联结起来。通过超空间连结地球和90万亿公里外的天狼星的1公里长的虫洞2、虫洞的结构虫洞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，虫洞是由黑洞与白洞组合的。（白洞-虫洞-黑洞）白洞-虫洞-黑洞3、虫洞

4、的形成如果在某一位置恒星形成了黑洞，则黑洞边缘的地方将会与原来的时空垂直。而在不平坦的宇宙时空中，这种结构意味着黑洞边界部分会与宇宙的另一个部分相结合，然后在那里形成一个洞，虫洞也就随之出现了。如此奇异的虫洞与黑洞很相似，都是时空结构中强大引力所造成的。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

5、完成，因为量子理论和相对论还没有完全结合。（二）虫洞与黑洞的区别虽然虫洞与黑洞很相似，但两者也有许多不同之处。我们都知道,黑洞的强大引力足以吞噬一切靠近它的物质,连光都不能逃脱,而虫洞也具有强大的引力。但虫洞的两端皆可出入,并非像黑洞那样是一种单向通道,只进不出)再者,旅行者在虫洞内仅受到一般的拉力,不像在黑洞中,若你的脚指向中心,那强烈的黑洞引力场,将在头与足之间造成极大的拉力差,足可把你的身首撕开。但由于超强引力场的作用，虫洞是极不稳定的，它在某个时刻突然产生，然后很快关闭、消失，几乎没有任何事物能在这么短暂的时间里从中

6、穿过。谁想去试试，一定会在它的消失中毁灭。但虫洞的超强引力场，可以通过“负质量”来中和。在这里正物质”(即我们日常碰到的物质)和“负物质”是不一样的，前者拥有“正能量”，能产生能量，后者具有“负能量”，可以吸去周围的能量。通过“负能量”中和后的虫洞会变得非常稳定，足以让宇宙飞船从容通过。二、时间机器与时空旅行时间机器本来是科学幻想，但在广义相对论，量子场论中出现了虫洞与封闭类时线，似乎暗示着未来的文明世界能够向我们赠送时间机器。从前，牛顿认为时间像一支射向未来的离弦之箭，一旦射出，就没有什么东西能使它转向或者改变它的路径。后

7、来，爱因斯坦则认为，时间更像一条浩荡的河流，它向前方流动，但总是蜿蜒曲折，物质或者能量的存在可以在瞬间改变河流的流向。（一）非虫洞下时空逆旅行的实现方式时空逆旅行，如何实现呢，科学家提出必须进行超光速运行，但是相对论告诉我们，一个宇宙飞船的速度越接近光速，用以对它加速的火箭功率越大，目前的实验证明，粒子可以加速到光速的99.99%，但无论如何，也达不到光速。因为只有打破光速壁垒，在超光速成为可能的时候，才能够实现逆时旅行，也就是回到过去。这似乎已经告诉我们，逆时旅行是不可能的。（二）虫洞下的时空旅行奇异的是，虫洞不仅可以成为

8、空间旅行的捷径，同时也可能成为时间旅行的通道。从理论上说，即使虫洞的两个洞口作相对运动，虫洞还能保持固定的长度。在这种情况下，从外面的宇宙看，虫洞的两个洞口在高速地相对运动着；狭义相对论告诉我们，这两个洞口的时间是不一样的；另一方面，从洞里看，洞长没有改变，两个洞口是相对静止的，两个洞口的