蟲洞理論

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60多年前，愛因斯坦提出了「蟲洞」理論。那麼，「蟲洞」是什麼呢？簡單地說，「蟲洞」是宇宙中的隧道，它能扭曲空間，可以讓原本相隔億萬公里的地方近在咫尺。



早在20世紀50年代，已有科學家對「蟲洞」作過研究，由於當時歷史條件所限，一些物理學家認為，理論上也許可以使用「蟲洞」，但「蟲洞」的引力過大，會毀滅所有進入的東西，因此不可能用在宇宙航行上。



隨著科學技術的發展，新的研究發現，「蟲洞」的超強力場可以通過「負質量」來中和，達到穩定「蟲洞」能量場的作用。科學家認為，相對於產生能量的「正物質」，「反物質」也擁有「負質量」，可以吸去周圍所有能量。像「蟲洞」一樣，「負質量」也曾被認為只存在於理論之中。不過，目前世界上的許多實驗室已經成功地證明了「負質量」能存在於現實世界，並且通過航天器在太空中捕捉到了微量的「負質量」。



據美國華盛頓大學物理系研究人員的計算，「負質量」可以用來控制「蟲洞」。他們指出，「負質量」能擴大原本細小的「蟲洞」，使它們足以讓太空飛船穿過。他們的研究結果引起了各國航天部門的極大興趣，許多國家已考慮撥款資助「蟲洞」研究，希望「蟲洞」能實際用在太空航行上。



宇航學家認為，「蟲洞」的研究雖然剛剛起步，但是它潛在的回報，不容忽視。科學家認為，如果研究成功，人類可能需要重新估計自己在宇宙中的角色和位置。現在，人類被「困」在地球上，要航行到最近的一個星系，動輒需要數百年時間，是目前人類不可能辦到的。但是，未來的太空航行如使用「蟲洞」，那麼一瞬間就能到達宇宙中遙遠的地方。



據科學家觀測，宇宙中充斥著數以百萬計的「蟲洞」，但很少有直徑超過10萬公里的，而這個寬度正是太空飛船安全航行的最低要求。「負質量」的發現為利用「蟲洞」創造了新的契機，可以使用它去擴大和穩定細小的「蟲洞」。



科學家指出，如果把「負質量」傳送到「蟲洞」中，把「蟲洞」打開，並強化它的結構，使其穩定，就可以使太空飛船通過。



蟲洞，這個科幻園地中的主題，今天已從紙面躍出，成為天文學家搜索的目標。蟲洞為何那麼吸引人?因為它為星際航行提供了一條捷徑。例如從地球飛往最近的鄰居——半人馬座——比鄰星，將要飛奔4光年的旅程，而通過蟲洞，卻只需幾小時就夠了。



其實，遠在廣義相對論發表後不久，科學家就在理論上發現了蟲洞的存在，但此後，對它的研究進展很慢，它的不少性質仍然十分模糊。例如，它僅能讓光線通過?抑或也可使飛船穿行？直到1988年，美國加州工學院的桑恩等人，對蟲洞作了較為深入的研究，才肯定蟲洞的兩端皆可出入，並非像黑洞那樣是「單行道」。此外，旅行者在洞內僅受到一般的加速度。不像在黑洞中，若你的腳指向黑洞中心，那麼巨大的引力場，會在頭足之間構成極大的拉力差，足可把身首撕開。



桑恩還提出了構造蟲洞的概念，當然是理論上的。他說，這涉及到對宏觀空間的挖破和扭曲。生活在二維空間(如紙面)的智慧螞蟻，它想從紙面上的一點走到另一點，按常規，只有一種辦法，即沿著連接該兩點的直線走去，這也是兩點間的最短距離。但還有一種距離更短的走法：把紙對折成兩面，使兩點靠得很近，再用一個紙筒(它提供了通過第三維的一條捷徑)將兩點接通，螞蟻可經紙筒而到達彼點。為此，螞蟻必須在紙面上挖出兩個孔。在這一例中，紙筒十分類似於通過更高強空間的蟲洞。故欲構築蟲洞，必撕破空間。



空間不是空空的嗎，怎樣去撕破，挖孔?實難想像。但相對論早就告訴我們，引力能彎曲空間。桑恩說，空間的裂口處，時空會出現陡峭的勢態，就如黑洞中心的那種情況。但他承認，由於沒有一個成熟的量子引力理論，對這個問題很難深入討論下去。



從理論可知，蟲洞內的空間被扭曲得極不自然，以致無法使它保持暢通，即使能開通，也只是一瞬間。但蟲洞卻可讓奇異物質通過，為何奇異物質受此優待呢?這還得從相對論談起。



愛因斯坦認為，引力來自物質的兩種全然不同的性質。一種是大家熟知的，質量密度越大，引力場也越強，由於物質的質量跟能量是等價的，故可說，能量密度(單位體積內所含的能量)對引力作出貢獻；另一種是物質對周圍所施加的壓力，就像氣體對容器壁所做的那樣，但是這種壓力原則上可正可負。



若跟物質內所含的能量相比，這種壓力就小得微不足道。但桑恩說，有一種物質卻具有極大的負壓，奇異物質就明顯地具有這種特性，且其負壓之大，超過了它的能量密度。從而使得奇異物質周圍的空間，被扭曲得十分奇怪，跟一般物質的扭曲情況相比，正好改變了空間扭曲的「符號」，具體地說，其引力具有排斥性。



按現代宇宙學理論，在宇宙創生後立即驅使宇宙急速膨脹的力，正是「奇異」真空的具有極大負壓的排斥性引力。宇宙暴脹可能提供一種保持蟲洞開放的手段。一些物理學家認為，暴脹可能造成「宇宙繩」環(宇宙理論中的一種物質)，當量子蟲洞和宇宙繩環同時暴脹時，有可能產生宏觀的開通的蟲洞。此外，他們還相信，先進文明所創造的人工蟲洞，可能用奇異物質的「支柱」來保持蟲洞的暢通。故桑恩的蟲洞，可謂之奇異物質蟲洞。



科學家麥可思提出了磁蟲洞的理論。他說，極強烈的磁場將能彎曲時空而形成蟲洞。根據相對論，任何含有能量的東西(包括磁場)，皆能彎曲空間。遠在20年代，一位意大利理論家萊特，就在愛氏方程中找到了磁引力。



萊特的理論說，在一個由螺線管產生的磁場中，螺線管內形成了一個引力磁，但要獲得這種人工引力場，磁場需十分巨大。據麥可思說，萊特的磁引力跟桑恩的蟲洞極相似。麥可思說：「其理論的實際意義，就是一個磁蟲洞。」他說，若在實驗室內用2.5T(特斯拉)的磁場，即可構造出一個磁蟲洞，洞的半徑極大，約為150光年，若欲將此蟲洞的半徑壓縮到實驗室的尺度，則所施加的磁場需大到10億T，這顯然超出目前人類的科技能力(最大人工磁場約10T)。但麥可思說，在天空中必定能找到這種磁蟲洞，因為中子星表面的磁場達10億T，在那裡，磁蟲洞將自發地產生。



磁蟲洞有一個優點，按麥可恩的說法，它比較容易測量驗證。由於磁引力也將影響光線，「在引力場中，光速將減慢。若光線通過螺線管時，其速度低於真空中的光速」，即可證明磁蟲洞的存在。



不論奇異物質蟲洞或磁蟲洞，只要它們存在於天空之中，就能從地球上測得它們的特徵性信號。若一個蟲洞嘴處在地球和某一恆星之間，那麼蟲洞的引力將引起這一恆星的光產生異常的波動，將使我們看到一個兩邊特別明亮中間較暗(星光)R光學像。為何如此奇怪?這要談到負(質量)物質和引力透鏡。



據俄科學家諾朱可夫的理論，當物體進入蟲洞，「入口」處明顯地增大質量，而同時在「出口」處，則立即失去對應的這份質量。即使此物體已穿出蟲洞，也仍會留下這些痕跡：蟲洞的一邊將保持其已獲得的質量，而另一邊最終則呈現負質量。



負（質量）物質具有明顯的特性，它只具有排斥性引力，因而能將其周圍的任何物質都向四周掃出，且對光線的運動造成極大的扭曲。



通常的物質（即正質量物質），若正好通過地球與某一恆星之間，其引力將彎曲和放大這一恆星向地球射來的星光，很像一個聚光鏡的行為。天文學上稱之「引力透鏡」效應。具體地說，我們這時將看到這一恆星星光比平時亮得多。若這個經過地球恆星間的天體，是由負物質構成的，那又將如何?它也將彎曲星光，但由於其具有排斥性引力，故彎曲星光的情況迥然不同。星光經它身旁時，會出現所謂焦散現象，即星光從透鏡（負物質天體）的軸線處被推出，而在兩邊上聚焦。這意味著，當負物質天體運動在地球與某一恆星之間時，我們將看到，這個恆星不是像平時那樣的一個光點，而是在亮度上出現兩個突然增亮的跳躍。這種「雙峰」亮度特徵信號是十分明顯的，故為探測出蟲洞提供了一個方便之門。



桑恩之所以去研究「蟲洞」，有個很重要的直接原因是因為好友卡爾.薩根的求助；當時卡爾.薩根正構思一個科幻題材，和桑恩討論蟲洞的想法，桑恩遂極感興趣，為此研究了蟲洞的可行性並推導了蟲洞模型。

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時光旅行解析／蟲洞時光旅行 回到未來有可能

2010/06/21

【聯合報╱記者李承宇】



時光旅行是很多科技小說、電影永遠不褪熱度的題材，最近來知名物理學家都認為這事不無可能。圖中是畫家想像、透過蟲洞進行時光旅行的樣子，但這和學者描述其實是差很大。 圖／取自QSS 3D網站



時光旅行是電影永不退燒的題材。無論是25年前的經典科幻電影「回到未來」，還是最近剛上映的電玩改編電影「波斯王子：時之刃」；無論時光機的型式是一輛跑車還是盛滿時間之沙的沙漏，穿梭古今、逆轉時間總是讓人類著迷的夢想。

英國知名物理學家史蒂芬霍金日前在一篇文章中重提時光旅行的幾個想法，再度掀起各界矚目。霍金不諱言，時光旅行往往被斥為荒謬，過去擔心被貼標籤選擇避而不談。霍金在1993年還駁斥時光旅行是無稽之談，但是在兩年後卻表示「不無可能」。







如果想要「回到過去」，最流行的時光隧道說法是透過「蟲洞」。蟲洞是1916年奧地利物理學家弗萊姆首先提出，後來愛因斯坦和學者羅森的假設也認為，透過蟲洞可以進行時空的移轉。

蟲洞是連接兩個空間或時間的捷徑隧道。用比較生動的比喻，如果一顆蘋果上有一隻蟲，牠要從蘋果上的一點移動到另一點，通常的走法是經過表面，從蘋果皮上走過去。如果有一天，蟲發現可以把蘋果蛀一個洞，穿過蘋果內部到達另一點，這條捷徑就是蟲洞的概念。

也可以拿一張紙做實驗。把這張紙彎曲對折，先在一端上打一個洞，再把另一端打一個洞，把這兩個洞疊合形成的孔道，也是蟲洞的概念。

蟲洞在哪裡？霍金解釋，蟲洞無所不在。任何三度空間的物質都不是完全光滑平整，如果人類發明出可以觀察10的負35次方公尺小的顯微鏡，就可以發現物質上面充滿小孔、縫隙、不規則的扭曲。有物理學家假設，時間也不是「完全光滑」，一樣有孔隙，這些地方稱為「量子泡沫」。蟲洞就存在於量子泡沫中。

台灣大學天文物理所教授孫維新認為，從三度空間的物質上有孔隙，就推論時間也是有孔隙，「這樣的思想太跳躍」，他指出，蟲洞的想法是「非常非常理論上的事」，學界至今並沒有人很認真去尋找。

孫維新指出，如果人類真的能透過蟲洞回到過去，就代表過去、現在與未來必須同時存在，他提出一個很簡單的問題：「為什麼沒有未來的人類回到我們存在的現在來找我們？」他更不認為人類可以可以回到過去，參與歷史，甚至改變歷史。

如果人類可以回到過去改變歷史，「祖父悖論」的矛盾情形如何解釋？這個說法是假設，如果你回到過去槍殺了自己的祖父，你應該不存在；如此，你又如何可以坐時光機回到你祖父的年代？有人認為，在李連杰演的電影「救世主」中，平行宇宙的觀念可解決這種悖論。

平行宇宙（又稱多重宇宙）是指在我們生存的宇宙之外，還有其他宇宙存在；你回到過去槍殺祖父，其實是到另一個宇宙，而非你現在存在的這個，所以在那個宇宙中就不會有你這個人存在。電影中，李連杰穿梭時空，殺死其他宇宙中的自己。

孫維新表示，在宇宙肇始，大爆炸的過程中，產生不同的「子宇宙」是可以想像的，但是每個宇宙中都有一模一樣的人存在這種說法，可能性不大。

霍金則認為，一定有可以阻止「祖父悖論」這種「宇宙混亂」情形的機制，蟲洞本身可能就是關鍵。他認為，如果蟲洞可以放大，自然界的輻射物進入，透過蟲洞在現在與過去間形成迴路，不斷增強，這種「反饋」的機制最後一定會強到摧毀蟲洞本身。所以他認為透過時光旅行「回到過去」，應是不可能的，但「回到未來」則不無可能。

時光機 可能像光速火車

霍金認為，「回到未來」理論上較可行，乘坐的時光機可能是一具接近超大質量黑洞的太空船，或一列接近光速的火車。

為什麼超大質量黑洞可以當作時光機？台大天文物理所教授孫維新解釋，根據愛因斯坦1915年提出的廣義相對論，遙遠星光經過星系、星系團或黑洞等重力場附近，光線會彎曲，就像光線穿過透鏡一樣，因此稱為「重力透鏡效應」。

現在是用光來定義時間。科學家發現原子會吸收、放射特定周期的光子，1960年代國際計量大會選擇銫原子的躍遷來定義秒：把銫133震盪9192631770周的時間定為1秒。

孫維新表示，光會在黑洞中不斷打轉，而不是來回震盪，造成時間無法定義，因此時間在黑洞附近高度扭曲。霍金則解釋，如果有人搭乘太空船靠近超大質量的黑洞，時間會慢下來，假如太空船在黑洞附近繞5年，地球的時間可能已經過了10年。當太空船回到地球，地球人會比這個太空人老5歲，對太空人而言，他進入了「未來」。

另一種假設是建造一列速度接近光速的火車。根據狹義相對論，接近光速物體運動，長度會變短、時間會變慢、質量會變大。由於火車上的時間系統已經與外界的時間系統不同，超高速火車繞了地球一個星期後，乘客下車，或許會發現地球上已過了百年。

雖然現在人類還無法建造這種逼近光速的火車，但可以把位於瑞士的「大強子對撞機」模擬成高速火車，在裡面加速的粒子則是搭乘這種時光機的乘客。

孫維新表示，粒子在加速器中壽命會變長是物理界已經熟知的事，因為粒子的時間在自己的座標系中會變慢。以π介子為例，它的壽命是250億分之一秒，然而一旦加速到接近光速，壽命可以是原本的30倍。

時光旅行解析／延伸閱讀

2010/06/21

【聯合報╱記者李承宇】

1.踏入宇宙的一小步：黑洞、蟲孔與時光機／Jim Al-Khalili著、陳雅雲譯／究竟

2.胡桃裡的宇宙／史蒂芬．霍金著／大塊文化

3.時間簡史：從大爆炸到黑洞／史蒂芬．霍金著／藝文印書館

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General Relativity 廣義相對論

時光旅行解析／參與歷史 未來時光遊戲

2010/06/21

【聯合報╱記者李承宇】



有些科學家認為時間也是有孔隙的，可往來不同時空的蟲洞可能就在其中。 圖／取自visionmagazineonline網站



雖然台大天文物理所教授孫維新不認為人類可以回到過去，參與歷史、改變歷史，但他提出另一種有趣的「時光遊戲」的想法。透過這種方法，人類可以讓歷史「實況轉播」。

孫維新以天狼星為例，地球距天狼星約8光年，我們現在觀察到的天狼星，是它8年前發出的光。假設天狼星上有外星人，他可以用遠超過光速的速度，瞬間移動到地球，他就可以看到8年前、「過去」天狼星的星光。

孫維新假設，若有一台口徑夠大、解析度夠高的望遠鏡，可以把天狼星上的景象看得一清二楚，地球人把看到的影像記錄儲存下來，則瞬間移動到地球的天狼星人就可以看到8年前天狼星的影像。

或許有人認為，看到過去的影像好像沒什麼了不起，但是孫維新舉了一個反過來，從天狼星記錄地球過去歷史影像的例子。如果地球人現在告訴天狼星上的外星人，在2012年，把上述的那台口徑超大、解析度超高的望遠鏡對準台灣台南的某一個街道。

「由於地球上的活動都是以光的形式播放出去」，孫維新說，地球上的影像，約八年後會傳到天狼星；如果天狼星上的外星人在2012年記錄下2004年3月19號在台南發生的三一九槍擊案，再利用無線電波把當時的影像傳送回地球，則我們可以在2020年，可以透過天狼星人的影像紀錄，找出三一九槍擊案的真凶。

如果這個想法成真，「歷史將無所遁形」，孫維新繼續發想，如果我們可以找到一顆距地球約2200多光年的星球，如果上面有人可以操作這種「記錄歷史」的工具，我們甚至可以看到如假包換的秦始皇影像。秦始皇併吞六國，也將如實況轉播般，重現在後代子孫的眼前。



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焦元溥：魔法學校音樂課

焦元溥：魔法學校音樂課




【聯合報╱焦元溥】 2010.06.12 01:52 am


http://udn.com/NEWS/OPINION/OPI4/5659405.shtml


去年我到新英格蘭音樂學院，為先修班鋼琴專題課演講時，一位小天才發問：「我聽錄音，許多大師都不照樂譜彈，為什麼我就不行？你能不能給我一個忠於樂譜的理由？」



這是可用一堂課，甚至一生來回答的問題，我只能給他最基本的答案。



「有次我聽安寧，你們的學長，演奏舒伯特奏鳴曲。他那晚實在彈得好，好到讓我著迷—為什麼他能那麼『舒伯特』？為什麼他的句法聽來就是有說服力，宛如作曲家本人說話？



回到家，我立刻翻出樂譜，照著記憶，一次次彈著那段讓我著迷的旋律。但無論怎麼彈，感覺就是不對！仔細一看，那聽似流水行雲的旋律，譜上寫法卻遠比想像複雜，連結線和休止符都用得極為講究。當我專心按照作曲家的指示演奏—剎那間，我居然聽到安寧在音樂廳展現的魔法，舒伯特出現了！」



我一直很感謝蕭邦大賽冠軍歐爾頌（Garrick Ohlsson），在訪問中與我分享的藝術心得。歐爾頌不只是蕭邦權威，更是曲目從巴洛克到當代無所不包的大師，而他最大的感想與收穫，就是「藉由偉大作曲家的作品，我能走到他們曾經到過的地方，看見他們對人性鞭辟入裡、無微不至的觀察。別擔心你不能和貝多芬一樣深刻：只要誠心按照他的音樂指示演奏，你就會被帶到那自己不曾想像，平凡我等竟能見到的美麗境界。」



每到六月，總有家長趕在暑假前為孩子安排樂器學習，更有諸多音樂科系畢業生離開校園。有人腦海充滿華麗錦繡的榮耀憧憬，卻有更多眼角流露悔不當初的落寞無奈。無論世人如何功利計算投資報酬，我始終堅信，親近並學習任何一門藝術，絕對一生受用不盡。臨一回《寒食帖》，無須隨之流放，蘇東坡將在橫豎撇捺中告訴你他的九死一生；虔敬思考樂譜，音樂自會呈現作曲家封存於聲音中的情感思索，以及那超越任何語言的心靈視野。藝術之神秘神奇，也在於當我們欣賞它的同時，它也讓我們了解並改變自己：舒伯特可以是安寧的溫柔敦厚，也能包容我的偏執易怒，更讓我在對照中反思。學習藝術讓我們看見偉大，又必須面對自我—無論是否以藝術為業，能謙虛研究前人心血，了解不凡見地，還能正視自己的人，在職場、生活中，又有什麼不能克服呢？



「看過《哈利波特》嗎？就像霍格華茲的學生，咒語要念得精準，魔法才會出現。但你有自己的聲音和法力，就像你照樂譜，音樂還是會有你的個性一樣。之後你會了解，咒語有主段和次句，就像建築有基石和裝飾；大師可以改變花紋，但不會動搖樑柱，而藝術總有無限可能。」



「既然可能無限」（哪來這樣好問的學生），「在音樂世界裡，我也會見到佛地魔囉？」



「是的」，我點點頭，「總有一天，你會聽到波哥雷里奇（Ivo Pogorelich）的演奏……」 （作者為倫敦國王學院音樂學博士候選人）



【2010/06/12 聯合報】@ http://udn.com/



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【聯合報╱席慕蓉】 2010.06.07 02:11 am


http://udn.com/NEWS/READING/X5/5647110.shtml






大興安嶺五月的杜鵑花。

圖／席慕蓉



在中途與你相遇　在中途

與你別離　陌生的戀人啊

我該如何感謝這時光殷勤織網

逐日遠離創傷

既讓我們靜靜復歸於陌路

又在我心中留下了一幅

絕美的　回憶地圖





（聽啊！聽那風聲穿過曠野，

　記不記得你是用哪一首歌來向我道別？）





據說夜空浩瀚　有些光源自成星球

有些特定的時刻自成一個運轉的宇宙

失去了你的悲傷　 將來或許可以

一字一句寫成詩行

得到過你的那種狂喜卻要如何提筆

彷彿五月裡　 同時在南方與北地

山林高處一夜之間千萬株杜鵑歡然盛放

是無法形容的和諧與溫暖

無法描繪的　光華燦爛





（聽啊！聽那風聲漸漸遠去，

　時日紛紛凋零何其迅疾此刻萬籟俱寂。）





萬籟俱寂

只有我的心還在悄然自問

究竟有沒有真正試過　去了解你

一如海洋那樣反覆不斷試探著

去碰觸陸地





別了　我陌生的戀人

如今已是降雪的季節

願你此去一路平安不受驚擾不沾風寒

在路的盡頭　或許還能再相逢





我曾經深深愛戀過的陌生人啊

願你　願你此去多珍重



【2010/06/07 聯合報】@ http://udn.com/