理論上講，蟲洞是連接白洞和黑洞的多維空間隧道，無處不在，卻轉瞬即逝。然而，有些人想象壹種奇怪的物質可以保持蟲洞打開。
事實上，即使蟲洞確實存在，通過蟲洞進行時間旅行在目前仍然是不可能的，因為蟲洞中的引力如此之大，任何東西都無法穿過它們。而且，有些人認為蟲洞是如此的不穩定，以至於試圖穿過它們的物質在時間和空間上的作用可能會使它們消失。但是壹些科學家認為研究蟲洞有很大的價值。
什麽是蟲洞？
提問者:霍金(20.1.438+0)
早在20世紀二三十年代，愛因斯坦和物理學家羅森就已經發現，在復雜的牽引場公式中，出人意料地隱含著可能存在壹條時空隧道，連接著宇宙中兩個不同的地方。這種時空結構被稱為“愛因斯坦-羅森橋”。
1985年，著名天文館學者薩根剛剛寫完《時空之觸》，邀請他的老朋友物理主義者基普，看看用瞬間來描述宇宙之旅在科學上是否可行。沒想到，這個小趣聞卻激起了時空旅行科研的熱潮。
經過深入研究，基普博士和他的研究團隊發現時空旅行並不違反今天已知的科學理論，並進壹步提出了利用蟲洞進行時空旅行的想法。
蟲洞理論上是連接兩地的特殊通道。讓人類瞬間穿越宇宙，甚至穿越時空。
與黑洞不同的是，黑洞是大質量恒星死亡後的必然產物，但在自然界中，並不存在會自然產生蟲洞的機器。從純理論上講，有兩種可行的方法可以制造蟲洞。
方易發
如果我們有壹個現實中不可能存在的超微型鏡子，我們可以看到小到。
在10-35米的空間中(這個尺寸比原核小10-10倍)，我們會發現原來的時空看起來是光滑的，但實際上充滿了大量的不規則性和機器產生的時空扭曲，科學家稱之為量子氣泡。偶爾這些時空扭曲會形成壹些小的蟲洞，只要我們有無限前進的文明，或者也許有辦法找到這些蟲洞並抓住它們，然後用奇異的物質將其擴大到可用的大小。
註:怪東西是具有反重力特征的東西，理論上可以存在，但現實中是否存在還是個謎。
方姬發
如果人類有了先無止境前進的文明，我們也可以嘗試扭曲空間，先在空間上壓壹個凹洞，然後輕輕彎曲空間，最後同時刺穿凹洞底部及其下方的空間，再將空間兩端縫在壹起，產生蟲洞。
由於蟲洞和奇異物質所涉及的極其深奧的物理理論，在這有限的壹頁中實在難以說清楚。感興趣的朋友可以參考基普·s·索恩教授的《田文普》和他的著作《黑洞&；時間扭曲.
陳
太空博物館助理館長
5.2.2001
地球是否處於時空漩渦中？
答案即將揭曉。由美國國家航空航天局和斯坦福大學進行的物理和物理驗證“重力探測器B”最近完成了為期壹年的地球軌道科學數據收集工作，科學家估計還需要壹年的時間來分析這項工作。該果實將揭示地球球體周圍的時空形狀是否真的像漩渦壹樣扭曲。
根據愛因斯坦的對立學說，時間和空間相互交織，形成四維的“時空”結構。地球球體的巨大質量可以讓這個時間變得空虛和彎曲。如果像蹦床，情況就像壹個笨拙的人坐在蹦床上，會讓蹦床下面掉壹個淺淺的坑。愛因斯坦宣稱，引力實際上是物體沿彎曲空運動的果實。
如果地球球是靜止的，那麽這件事就結束了。但眾所周知，地球儀是旋轉的，地球儀的旋轉會帶動周圍的時空，把淺坑扭曲成四維漩渦。將衛星B(壹種重力儀)發射到太空的目的就是為了研究這種現象。
回測後的原理很簡單:把旋轉回轉器放在地球球周圍的軌道上，旋轉軸指向遠處的星體作為固定基點。在沒有外力的影響下，自轉機制應該是永遠永遠指向同壹個恒星。但如果時空扭曲，陀螺的轉軸方向會隨著時間移動。換句話說，我們只有找出旋轉軸離恒星有多遠，才能測量出時空的扭曲範圍。
其實知易行難，難如登天。
重力儀B衛星上的四個陀螺儀是人類制造的最漂亮的球體。這些球有乒乓球那麽大，由石英和矽制成的球的直徑在3.8厘米左右，距離完美球的距離不會超過40層。如果回轉器不是那麽圓，那麽它的轉軸就會擺動，而不受相反理論的影響。
根據計算，地球球體周圍的時空，每年只會造成陀螺轉軸漂移0.041角秒，壹個角秒是1度的1/3600，可見範圍很小。要精確測量這個角度，重力儀B要達到0.0005角秒的精度，精度要等於在160 km外測量壹張紙的厚度。
重力探測器B的研究人員開發了壹套全新的技術，將不可能變為可能。他們開發了壹種“無阻力”衛星，這樣雖然衛星從不與地球大氣層外層發生斷裂和摩擦，但不會影響陀螺。此外，他們還想出了如何阻止地球的可滲透磁場進入飛船，從而研制出壹種不用接觸陀螺就能測量其旋轉的儀器。
進行這項實驗是壹項不同尋常的艱巨挑戰。經過或多或少的不眠之夜和資源的投入，專註於探測器B的科學家們終於可以克服所有困難，找到解決方案。
斯坦福大學重力探測器B的第壹位研究員弗朗西斯教授。法國和日本驗證的手表沒有什麽“意外”，目前小時數據的收集工作已經完成。他說，重力探測器B的科學家們現在“很興奮”，知道還有大量繁重的工作等著他們。」
仔細徹底分析數據的工作正在進行中。根據法國和日本教義的解釋，這項工作將分三個階段進行。首先，他們會研究每天收集的數據，找出是否有不規律的地方，然後他們會大概壹個月比較壹次數據，最後分析全年的變化。雖然這種分析方法比其他方法更復雜，但也更全面。
全球的科學家們最終會檢驗這些數據。按照法國和日本的教導，“我們希望對我們評判最嚴厲的人是我們自己。”」
科學家們下了壹個巨大的賭註，假設他們在時間和空間上找到了預測的漩渦，這意味著愛因斯坦是對的。但是，如果我們贏了壹個空寶，愛因斯坦的情理理論能破嗎？這個理論與事實之間的小錯誤，必將掀起物理科學的又壹次革命。
杯賽揭幕前還有很多數據要分析，還是擦擦眼睛等著吧！
時間膨脹:
所謂的時間膨脹效應與長度收縮非常相似，它是這樣的:
當兩個事件發生在不同的地方時，它們在壹個參照系中的時間間隔。
它總是比在同壹地點發生的同樣兩個事件之間的時間間隔長。
這就更難理解了，我們還是用傳說來說明:
圖中的兩個鬧鐘都可以用來測量第壹個鬧鐘從A點移動到b點所需的時間，但是，兩個鬧鐘給出的結果不同。我們可以這樣想:我們提到的兩個事件是“鬧鐘離開A點”和“鬧鐘到達B點”。在我們的參照系中，這兩個事件發生在不同的地方(A和B)。不過，還是從圖片上半部分鬧鐘本身的參照系來觀察這件事吧。從這個角度來看，上半部分的鬧鐘是靜止的(所有物體相對於自身都是靜止的)，而刻有A點和B點的線條是從右向左移動的。所以“離開A點”和“到達B點”都發生在同壹個地方！(上半部分鬧鐘測得的時間稱為“正確時間”)根據上面提到的點，下半部分鬧鐘記錄的時間會比上半部分鬧鐘從A到B記錄的時間長。
這個原理的壹個更簡單但不太準確的陳述是，運動的鐘比靜止的鐘走得慢。關於時間膨脹最著名的假設通常被稱為孿生悖論。假設有壹對雙胞胎，哈裏和瑪麗。瑪麗登上壹艘快速飛離地球的宇宙飛船(為了效果明顯，宇宙飛船必須以接近光速的速度運動)並很快返回。我們可以把兩個人的身體想象成壹個時鐘，用年齡來計算時間的流逝。因為瑪麗走得很快，所以她的鐘比哈利的慢。因此，當瑪麗返回地球時，她將比哈利年輕。年輕多少取決於她走了多快多遠。
時間膨脹並不是壹個瘋狂的想法，已經被實驗證實。最好的例子是壹種叫做介子的亞原子粒子。介子衰變需要多長時間已經被非常精確地測量出來了。無論如何，據觀察，接近光速運動的介子比靜止或緩慢運動的介子壽命更長。這就是相對論效應。從運動介子本身的角度來看，它並沒有存在更長時間。這是因為從它自己的角度來看，它是靜態的；只有從實驗室的角度看介子，才能發現它的壽命被“延長”或“縮短”了。？
需要補充的是，很多實驗已經證實了相對論的這個推論。(相對論的)其他推論只能以後證實。我的觀點是，雖然我們把相對論稱為“理論”，但不要誤認為它需要證明，而且它(實際上)非常完整。
與相對論處於同壹水平的理論。
簡單來說，光在運動的時候，可以看作是由光子(粒子)組成的，是類粒子的，同時它的運動是以波的形式傳播的，是波動的。
更科學更復雜的說法:
波粒二象性
愛因斯坦第壹個肯定了光既有波動性又有粒子性。他認為，電磁輻射不僅在發射和吸收時以能量hv的粒子形式出現，在空間運動時也有這種粒子形式。愛因斯坦的絕妙想法是在研究輻射的產生和轉化過程中逐漸形成的。同時，實驗物理學家也相對獨立地提出了同樣的觀點。其中有W.H .布拉格和A.H .康普頓(亞瑟·霍利康普頓，1892—1962)。康普頓證明了光子和電子不僅有能量轉化，而且在相互作用中有壹定的動量交換。
1923年，德布羅意將愛因斯坦的波粒二象性推廣到微觀粒子，提出物質波假說，證明微觀粒子也有漲落。他的觀點很快被電子衍射等實驗所證實。
波粒二象性是人類對物質世界認識的又壹次飛躍，為波動力學的發展奠定了基礎。
9.1愛因斯坦的輻射理論
早在1905年，愛因斯坦就在他的光量子假說中隱含了漲落和粒子是光的兩種形式的思想。他分析了自牛頓和惠更斯以來波動論和粒子論的長期爭論，指出了麥克斯韋電磁波理論的局限性，回顧了普朗克處理黑體輻射的思想，總結了與光和物質相互作用有關的各種現象。他認為光的能量在傳播和與物質相互作用的過程中並沒有分散，而是以能量光子的形式壹個接壹個地出現。
1909年6月，65438+10月，愛因斯坦再次撰文討論輻射問題。9月，他在薩爾茨堡舉行的德國物理學家和醫生81會議上發表了題為“關於我們對輻射的性質和成分的看法的發展”的演講。他使用能量波動的概念來研究懸掛在充滿溫度為t的熱輻射的空腔中的完全反射鏡的運動。如果鏡子以非零速度運動，則給定頻率V的輻射從其前表面反射的數量將多於從其後表面反射的數量。因此，反射鏡的運動將被阻尼，除非它從輻射波動中獲得新的動量。愛因斯坦利用普朗克能量分布公式推導出黑體輻射在體積V中頻率在v→v+dv之間部分的能量均方漲落為
然後，愛因斯坦分別對以上兩項進行了解釋。前壹項是能量量子的漲落，基於hν。後壹項具有從麥克斯韋理論獲得的電磁場波動的形式。前者代表顆粒性質，後者代表揮發性。愛因斯坦宣稱:“這些考慮...表明輻射空間分布的漲落和輻射壓力的漲落也表現得好像輻射是由上述大小的量子組成的。”他強調:“現代輻射理論(指麥克斯韋的光的波動理論)與這壹結果並不相符。”如果(第壹項)單獨存在，就會導致(預期的)漲落，這種漲落出現在輻射由能量為hν的點狀量子組成時。愛因斯坦用“點狀量子”這個詞來說明他已經把光量子當成了壹個粒子。盡管愛因斯坦尚未形成完整的輻射理論，但他已經清楚地認識到，遵循普朗克能量分布公式的輻射同時具有粒子和漲落的特性。
在上述兩篇論文中，愛因斯坦對輻射理論的狀態表達了如下觀點:
“我早就打算表明，必須拋棄輻射理論的現有基礎”；“我認為理論物理發展的下壹個階段會給我們帶來光的理論，可以解釋為波動理論和發射理論的融合；”“不要把波結構和量子結構放在眼裏...互不相容。”
愛因斯坦在這裏預見到會有壹個新的理論把波動性和粒子整合起來，雖然十幾年後，新理論真正出現的時候，他還不能接受。關於這個問題，請讀者參閱下壹章。
1916年，愛因斯坦再次回到輻射的問題，發表了《輻射的量子理論》壹文。本文總結了量子理論的成就，指出了舊量子理論的主要缺陷，並用統計方法重新論證了輻射的量子特性。
他考慮的基本點是，分子的離散能態的穩定分布是由分子和輻射之間不斷的能量交換維持的。他假設能量交換的過程有兩種基本方式，即分子躍遷的過程，壹種叫自發輻射，壹種叫受激輻射。根據這兩種方式的概率，他推導出了玻爾的頻率法則和普朗克的能量分布公式。這樣，他就把前壹階段量子理論的所有成果統壹成了壹個邏輯上完整的整體。特別是愛因斯坦的受激輻射理論，為50年後激光的發展奠定了理論基礎。
在這篇論文中，愛因斯坦認為，在分子與輻射相互作用的過程中，不僅有能量傳遞，還有動量傳遞。他假設在輻射束傳播的方向上，
得到了hv/c的動量，它有明確的方向。他寫道(2):“似乎只有當我們把那些原始過程看作完全定向的過程時，我們才能得到壹致的理論”。“因為能量和沖量永遠是聯系最緊密的”，“那個小的效應(指沖量交換)應該被當作輻射引起的明顯的能量轉移。”
1921年，德拜在壹次演講中討論了愛因斯坦的量子輻射理論。作為壹個例子，他計算了光子和電子的碰撞，結果表明碰撞後光的波長變長了。當時，他建議他的同事P.Scherrer做壹個X射線實驗，看看波長是否真的發生了變化。可惜舒勒沒有及時做實驗，所以德拜暫時放下了研究。在此期間，康普頓壹直試圖為X射線散射後波長變長的實驗結果尋找理論解釋。在介紹康普頓的工作之前，我們還應該提到另壹個與波粒二象性有關的事件，那就是布拉格(W.H. Prague)和巴克拉(C.G.Barkla)關於X射線本質的爭論。
9.2關於X射線性質的爭論
1912年德國勞厄的晶體衍射實驗發現了X射線的漲落。在此之前，人們對X射線的本質有不同的看法。倫琴傾向於認為X射線可能是以太中的某種縱波，斯托克斯認為X射線可能是橫向以太脈沖。因為X射線可以電離氣體分子，J·J·湯姆遜也認為它是壹種脈沖波。
X射線是波還是粒子？是縱波還是橫波？最有力的標準是是否存在幹涉和衍射等現象。1899中，Haga和Wind在X射線管前放了壹個制作精良的三角形狹縫，觀察X射線是否在狹縫邊緣形成衍射條紋。壹方面他們無法提前知道衍射的條件，另壹方面方便測量頂點附近的圖像展寬。從x光的照片來看，如果x光是波，那麽其波長只能小於10-9 cm。這個實驗後來被Walter和Pohl改進，得到的照片似乎有微弱的衍射圖像。直到1912才有人用光度計測量了這張照片的光度分布，看到了真實的衍射現象。據此，索末菲計算出X射線的有效波長約為4×10-9 cm。
x射線的另壹個影響相當明顯。當它照射到物質上時，會產生二次輻射。這個效應是Sagnac在1897中發現的。Segnak註意到，這種二次輻射是漫反射，比入射的X射線更容易吸收。這壹發現是為將來研究X射線的性質做準備。1906年，巴克拉確定X射線是偏振的。巴克拉的實驗原理如圖9-1所示。從X射線管發射的X射線以45°的角度照射在散射體A上，並且從A發射的次級輻射以45°的角度投射在散射體B上。從垂直於二次輻射的各個方向觀察三次輻射後，發現強度變化很大。沿著垂直於入射光線和次級輻射的方向，強度最弱。由此，巴克拉得出結論，X射線是偏振的。
■圖9-1巴克拉X射線二次輻射實驗原理
但是偏振並不足以確定X射線是波還是粒子。因為粒子也可以解釋這種現象，只要假設這種粒子有旋轉。果然，在1907-8年間，壹場關於X射線是波還是粒子的爭論在巴克拉和布拉格之間展開了。根據伽馬射線能電離原子、在電場和磁場中不偏轉、穿透力強的事實，布拉格宣稱伽馬射線是由中性對——電子和正電荷組成的。後來，他以同樣的方式對待X射線，並解釋了各種已知的X射線現象。巴克拉堅持X射線的波動。兩人各持己見，在科學期刊上展開辯論，雙方都有壹些實驗事實支持。這場爭論雖然沒有得出明確的結論，但卻給科學界留下了深刻的印象。
1912年，勞厄發現了X射線衍射，為波動理論提供了最有力的證據。布拉格不再堅持他的中性夫婦假說。但他總是直覺地認為，就像他自己說的那樣，似乎問題在於“不是哪個理論是對的，而是要找到壹個能容納這兩個方面的理論。”①布拉格的思想對後來的德布羅意有壹定的影響。
9.3康普頓效應
在1923年5月的《物理評論》上，A.H .康普頓以輕元素X射線散射的量子理論為題發表了他發現的效應，並用光量子假說進行了解釋。他寫道②:
“從量子理論的角度來看，可以假設任何壹個特殊的X射線量子都不是被輻射體中的所有電子散射的，而是在壹個特殊的電子中消耗了它的全部能量，這個特殊的電子又把射線散射到壹個特殊的方向，這個方向與入射的光束成壹個角度。輻射量子路徑的彎曲導致動量改變。結果，散射的電子反沖，動量等於X射線動量的變化。散射射線的能量等於入射射線的能量減去散射電子反沖的動能。由於散射的光線應該是壹個完整的量子，它的頻率也會隨著能量成比例地降低。因此，根據量子理論，我們可以預計散射輻射的波長大於入射輻射的波長，並且“散射輻射的強度在原始X射線的正向上大於反向上，這是通過實驗測得的。"
康普頓用圖9-2來解釋射線方向和強度的分布。根據能量和動量守恒，考慮相對論效應，散射波長為:
δλ是入射波長λ0與散射波長λ θ之差，h是普朗克常數，c是光速，m是電子的靜止質量，θ是散射角。
■圖9-2康普頓理論圖
這個簡單的推理對現代物理學家來說早已是常識，但康普頓卻很難做到。研究這種現象花了十幾二十年，康普頓才在1923得到正確的結果，康普頓自己走了五年彎路。這段歷史從壹個側面展示了近代物理學產生和發展的不平坦歷程。
從公式(9-1)可以看出，波長的變化取決於θ，與λ0無關，即對於某壹角度，波長變化的絕對值是壹定的。入射光線的波長越小，波長變化的相對值越大。因此，康普頓效應對γ射線比對X射線更顯著。歷史上就是這樣。早在1904年，英國物理學家A.S.Eve在研究伽馬射線的吸收和散射特性時，首先發現了康普頓效應的跡象。他的裝置如圖9-3所示。圖中的輻射和吸收體其實是鐵板、鋁板等材料。鐳管發射伽馬射線，這些射線被散射體散射，然後被扔進靜電計。在入射光線或散射光線的路徑上插入壹個吸收器，以測試其穿透力。伊夫發現，散射光線通常比入射光線“更柔和”。
後來γ射線的散射被很多人研究。在1910中，英國的D.C.H.Florance得到了明確的結論，證明了散射的二次射線取決於散射角度，與散射體的材料無關，散射角度越大，吸收系數越大。所謂光線軟化，其實就是光線的波長變長了。當時γ射線的本質還沒有確定，只能根據實驗現象來表達。
■圖9-3伊夫公司的設備(1904)
1913年，麥吉爾大學的J.A.Gray重做了伽馬射線實驗，證實了羅蘭茲的結論，進壹步精確測量了輻射強度。他發現:“單色伽馬射線被散射後性質會發生變化。散射角越大，散射的光線越柔和。”
實驗事實明明擺在物理學家面前，卻找不到正確的解釋。
康普頓在1919也受到了γ散射。他用精確的方法測量了γ射線的波長，並確定了散射後波長變長的事實。後來，他從γ射線散射轉向X射線散射。圖9-4是康普頓自制的X射線譜儀。鉬的Kα射線經石墨晶體散射後，用自由腔測量不同方向的散射強度。圖9-5是康普頓發表的部分曲線。從圖中可以看出，X射線散射曲線明顯有兩個峰值，壹個與原射線波長相等(常數線)，另壹個較長(可變線)。可變線與恒定線的偏差隨著散射角的變化而變化，散射角越大，偏差越大。
■圖9-4康普頓X射線光譜儀
可惜康普頓和其他人壹樣，為了解釋這個現象走了很多彎路。
他先是用J·J·湯姆遜的電子散射理論來解釋γ射線和X射線的散射，後來又提出了熒光輻射理論和大電子模型。他假設電子具有壹定的大小和形狀，認為只要“電子的電荷分布區半徑與γ射線的波長相當”，就可以在經典電動力學的基礎上解釋高頻輻射的散射。為了解釋為什麽熒光輻射的頻率變低，他試圖用多普勒效應來計算。在計算中，他將X射線對散射物質中電子的作用視為量子過程。啟動他
這個條件，在碰撞中，不僅要遵守能量守恒，還要遵守動量守恒，導致了1923年5月那篇歷史性的文獻發表在《物理評論》上。
■康普頓出版的圖9-5部分曲線
接著，德拜也發表了壹篇早已準備好的論文。他們的論文引起了強烈的反響。然而，這壹發現並沒有立即得到科學界的普遍認可，康普頓和他的領導人之間迅速展開了激烈的爭論。這發生在1922之後，壹份關於X射線散射的康普頓報告在交付出版之前，必須經過美國研究委員會物理科學部的壹個委員會的討論。他是這個委員會的成員。然而，這個委員會的主席W·杜安(W.Duane)強烈反對將康普頓的工作納入其中，認為實驗結果不可靠。因為杜安的實驗室也在做同樣的實驗，卻得不到同樣的結果。
康普頓的學生吳從中國赴美留學，為康普頓效應的進壹步研究和驗證做出了巨大貢獻。除了對杜安的否認做了許多令人信服的實驗外，他還證實了康普頓效應的普遍性。他測試了各種元素的X射線散射曲線，結果都符合康普頓的量子散射公式(9-1)。圖9-6顯示了康普頓和吳。
在Xun 1924上發表過壹個曲線，論文題目是:輕元素散射鉬Kα線的波長。他們寫道:“這幅圖的重要之處在於，從各種材料中獲得的光譜在性質上幾乎完全相同。在每種情況下，不變線P出現在與熒光M0Kα線(鉬的Kα譜線)相同的地方，而變化線的峰值出現在上述波長變化量子公式預測的位置M，在允許的實驗誤差範圍內。”
■康普頓出版的圖9-5部分曲線
■圖9-6康普頓和吳在1924發表的曲線。
吳對康普頓效應最突出的貢獻在於測量了X射線散射中變易線和常數線的強度比R隨散射體原子序數變化的曲線，證實和發展了康普頓的量子散射理論。
愛因斯坦在肯定康普頓效應方面發揮了特別重要的作用。如前所述，愛因斯坦在1916中進壹步發展了光量子理論。根據他的建議，伯特和蓋革也試圖用實驗來檢驗經典理論和光量子理論誰對誰錯，但都失敗了。愛因斯坦在1923年得知康普頓實驗結果時，曾多次在會議和報紙上熱情宣傳和贊揚康普頓實驗，談論其意義。
愛因斯坦還提醒物理學家註意:不要只看到光的粒子性。康普頓在實驗中依靠X射線的波動來測量其波長。他在《柏林日報》4月20日副刊1924上發表了壹篇題為《康普頓實驗》的短文，有壹句話:“...最重要的問題是考慮拋射體的性質是應該賦予光的粒子還是量子。