科学家称地球位于宇宙间相连的时空管道

       如上面的想像图所示的虫洞，在自然中从未观察到，不过它们通过将黑洞模型与白洞模型连接起来，为理论物理学家和宇宙学家提供了广义相对的解。



　　波普拉瓦斯基使用欧几里德数学模型，以表明所有的黑洞在其内部可能都有虫洞，在虫洞中存在着与黑洞同时建立的宇宙。

　　“虫洞”是宇宙中可能存在的、连接两个不同时空的狭窄隧道；迄今为止，科学家们还没有观察到虫洞存在的证据，一般认为这是由于虫洞很难与黑洞相区别。近日，《科学日报》（Science Daily）与《科学》（Science NOW）杂志发表文章称，我们的宇宙处于一个“虫洞”内部，而虫洞自身是一个处于更大的宇宙的黑洞的一部分，是这样吗？

　　很久以前，在一个比我们的宇宙大很多的宇宙中，一颗巨星坍塌了。它的内爆使其内部塞入了许多的物质与能量，这些物质与能量一起创造了一个连接另一个宇宙的虫洞。同时在这个虫洞内部，我们所处的宇宙诞生了。这个场景似乎很不切实际，但是一名理论物理学家宣称这一场景的发生可能能够帮助我们回答一些宇宙学中最令人困惑的问题。

　　我们宇宙的一些方面根本讲不通。其中一个是引力。科学家无法建立一个能够将引力与其他三个自然界的基本力——强核力、弱核力与电磁力——统一起来的数学公式。另一个问题是暗能量，这种神秘的现象看起来正在使我们的宇宙以一种不断加快的速度在膨胀，按理说引力应当使宇宙收缩的，或者至少也应当减缓这种膨胀。

　　这些难题可能是不再寻找处于大爆炸中的宇宙的难解之谜的结果，波普拉瓦斯基说。大爆炸理论认为，我们的宇宙于大约137亿年前，起源于一个单一的点——或者说奇点，此后一直在向外膨胀。美国印第安纳大学（Indiana University）理论物理学家尼科德姆·波普拉瓦斯基（Nikodem Poplawski）主张，也许我们需要这样考虑，即在大爆炸发生之前，有什么导致了这些问题的出现？

　　答案是在大爆炸之前我们的宇宙就处于虫洞中。根据波普拉瓦斯基的计算，另一个宇宙中一颗巨星的坍塌能够创造一个虫洞，虫洞是连接另一个宇宙的时空管道。在虫洞的两端之间，可能能够发展出与大爆炸相联系的类似环境，并且最终我们的宇宙就在这个虫洞中诞生了。

　　这一推测能够解决我们在引力与宇宙膨胀上的困惑。如果另一个宇宙在我们的宇宙之前就已经存在，引力就能够追溯到一个点上，在这一点强弱核力与电磁力已经统一起来了。同时如果我们的宇宙现在正在朝其他虫洞的末端膨胀的话，这种运动，而非难以捉摸的暗能量——就能够解释我们宇宙的膨胀了。

　　我们的宇宙诞生于一个虫洞（也称为爱因斯坦-罗森桥）的内部，这一观点是由波普拉瓦斯基在发表于《物理学快报B辑》（Physics Letters B）杂志上的一篇论文中提出的。这篇论文的最终版本于3月29日可在线获取，同时还将正式发表在该刊物4月12日的杂志版上。

　　波普拉瓦斯基利用被称为各向同性坐标（isotropic coordinates）的欧几里德坐标系（Euclidean-based coordinate system）来描述一个黑洞的引力场，同时用它来为大质量粒子（massive particle）向一个黑洞的径向短程线运动（radial geodesic motion）建模。（注：1.各向同性：如果各个方向的测量结果是相同的,说明其物理性质与取向无关，则为各向同性。2.径向：沿着直径的方向，与轴向相对。）

　　通过研究史瓦西（Schwarzschild）黑洞与爱因斯坦-罗森（Einstein-Rosen）黑洞这两种不同类型的黑洞——两者都是广义相对论在数学上合理的解——的“事件穹界”（指黑洞的边界）上的径向运动，波普拉瓦斯基确定只有实验或者观察能够揭示一个粒子落入一个实际黑洞的运动过程。但是他同时还指出由于观察者只能看到黑洞的外面，黑洞的内部无法观察到，除非一个观察者进入黑洞内部或者原本就居住在黑洞内部。

　　“如果假设我们的宇宙原本就在一个处于更大的宇宙的黑洞中，那么这一条件（观察到黑洞内部）就能够满足，”他说。“因为爱因斯坦的广义相对论并未选定某个时间方向，假设如果物质在一个‘事件穹界’上的引力塌陷能够形成一个黑洞，那么在未来相反的过程也将可能发生。这一相反的过程将能够描述一个正在爆炸的白洞：物质从过去的‘事件穹界’中涌现出来，就像正在膨胀的宇宙一样。”

　　一个白洞通过爱因斯坦-罗森桥（虫洞）与一个黑洞连接，同时假设是与一个时间倒流的黑洞相连。波普拉瓦斯基的论文表明所有天体物理学上的黑洞，不仅仅是史瓦西黑洞与爱因斯坦-罗森黑洞，可能都拥有虫洞，而且在形成黑洞的同时，每一个虫洞内部都形成了一个新的宇宙。

　　“从这一点可以得出，我们的宇宙自身可能是在一个处于另一更大的宇宙的黑洞中形成的，”他说。通过继续研究各向同性坐标中的一个由星尘组成的球体的引力塌陷，同时将目前的研究结论应用到其他类型的黑洞中，我们的宇宙诞生于一个爱因斯坦-罗森黑洞内部的观点能够避免那些拥护大爆炸理论的科学家所遇到的问题，同时还能避免黑洞的信息丢失问题。信息丢失问题是指，关于物质的所有信息，在物质经过‘事件穹界’时全部都丢失了（这个问题相应地也违反了量子物理学的许多定律）。

　　波普拉瓦斯基建立自己的理论称，这个在各向同性坐标中、将我们的宇宙视为一个黑洞的模型，能够解释宇宙膨胀的起源。同时波普拉瓦斯基也承认，他的计算还需要进一步完善。一方面，他们需要描述虫洞如何在第一个地方形成。同时目前对宇宙间的旅行还一无所知，波普拉瓦斯基补充道。虫洞的物理特性类似于黑洞的物理特性。如果你能够穿过虫洞的“事件穹界”进入另一端的宇宙，那么你可能永远回不来。“这样你将会被卡住，”他说。


　　波普拉瓦斯基是印第安纳大学物理系的一名助理研究员。他在印第安纳大学获得物理学硕士和博士学位，同时在波兰华沙大学（University of Warsaw）获得了一个天文学硕士学位。

　　背景：

　　黑洞质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以至于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来；由于没有光线，所以黑洞内部无法观察到。白洞则是广义相对论所预言的一种特殊星体，是与黑洞相反的天体。