时空涟漪或可帮我们确定虫洞形状

北京时间11月10日消息，据国外媒体报道，虫洞是一种理论上能够连接遥远时空点的通道。它往往被描绘成一根狭窄的管道，两端各连着一个张开大口的“引力井”。但虫洞究竟是个什么形状，我们一直不得而知。

▲虫洞往往被描绘成一根狭窄的管道，但一名俄罗斯物理学家近日提出了一种测绘对称虫洞形状的方法。

尽管虫洞的存在尚未被证实，但一名俄罗斯物理学家近日以虫洞对光线和引力的影响为基础，提出了一种测绘对称虫洞形状的方法。

从理论上来说，可穿透虫洞（或者说时空中的四维通道）的作用原理可能是这样的：在虫洞一端，黑洞的强大引力会将物质吸入其中；物质通过管道到达另一端的“白洞”，然后被白洞吐出。此时该物质与它的原始时空位置已经相距极远。不过，科学家们虽然在宇宙中观察到过黑洞存在的证据，却从未找到过白洞的踪影。

因此，尽管爱因斯坦广义相对论并未否认虫洞的存在，但虫洞（以及星际旅行的可能性）至今未获证实。

不过，无论虫洞存在与否，科学家对光线和引力波的行为已经有了较多了解。

此次发表的新研究指出，虫洞有一项可被间接观察到的性质，即虫洞附近的光线会发生红移。（红移是指，随着光线远离某个天体，光波频率会逐渐降低，即向光谱上的红光部分偏移，故称红移。）

该研究作者、俄罗斯人民友谊大学引力与宇宙学研究所副教授罗曼·科诺普利亚（Roman Konoplya）指出，如果我们知道了某个潜在虫洞周围的光线的红移规律，就能通过引力波频率判断出该对称虫洞的形状。

科诺普利亚表示，研究人员通常会反其道而行之：通过已知天体形状计算光线和引力的行为规律。

据科诺普利亚介绍，分析潜在虫洞附近的红移现象可以有好几种方法。比如利用引力透镜，即光线经过大型天体时发生的弯折现象。虫洞也可以算作一种“大型天体”。这种透镜现象可通过其对遥远恒星发出的微弱光线的影响进行测量。（科诺普利亚补充道：“要是我们运气爆棚，说不定可以是附近恒星发出的明亮光线。”）此外还有另一种方法：在虫洞吸引物质的过程中，测量虫洞附近的电磁辐射。

麻省理工学院物理学院讲师乔里恩·布鲁姆菲尔德（Jolyon Bloomfield）表示，我们可以这样理解该方法的思路：击鼓时，我们可以通过鼓面振动产生的声波推断出鼓的形状。

“不同的声音频率对应着不同的振动模式，”布鲁姆菲尔德介绍道。此外，振动的峰和谷会随着时间逐渐减缓，体现出不同振动模式对应的“衰减规律”。这两项信息加在一起，就可以帮助我们确定鼓的形状了。

“这篇文章也想用类似的思路判断虫洞形状。假如我们能设法‘听到’虫洞振动频率的衰减规律，并达到足够的精确度，我们就能通过频谱和频率衰减速度推断出虫洞的形状。”

科诺普利亚的等式中用到了虫洞的红移值，然后运用量子力学估算时空中的引力涟漪会对虫洞电磁波产生怎样的影响。在此基础上，他编写出了一个能够计算虫洞几何形状和质量的等式。

自2015年激光干涉引力波天文台（LIGO）上线以来，科学家便拥有了测量引力波的技术。如今研究人员希望能对LIGO的测量进行微调，因为数据精确度越高，就越能帮助科学家判断宇宙中是否存在一些奇异物质，如并非由普通原子粒子构成的物质。布鲁姆菲尔德表示，这些物质或许能为虫洞这样的天体提供支持。

但就目前而言，虫洞还仅存在于理论之中，因此科诺普利亚表示，自己的等式并不代表任何实际测算结果。他还指出，LIGO等探测器只能测量单个引力波频率，但要判断虫洞的形状，必须要多个频率才行。

“要研究如此复杂的事物，我们不可能从如此贫乏的数据中提取到足够的信息。”科诺普利亚表示。他指出，未来的研究也许能更详细地揭露虫洞的形状和性质。

他还补充道：“我们的研究结果也可以应用在旋转虫洞上，只要它们足够对称就行。”

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