虫洞的另一端:可穿越虫洞需要什么条件

可穿越虫洞是广义相对论允许的解,但需要负能量。这一页讲结局「虫洞的另一端」背后的真实科学。

可穿越虫洞,是广义相对论允许的解,但需要负能量;两个口必须先用亚光速搬到位。这两条限制,正是游戏里结局「虫洞的另一端」的真实基础:它不允许超光速,所以虫洞的口要先被慢慢搬到远处,才能通过。

这一页先说怎么解锁,再讲虫洞的真实条件、卡尔·萨根与索恩之间的一段有趣的科学史,最后列出时空与黑洞相关的真实研究,并说明它们和这个结局的关系。

怎么解锁

  • 提示:虫洞只能连到你去过的地方。可是另一端的星空,为什么那么眼熟?
  • 条件:点亮“穿过虫洞”,然后见证宇宙终局。
  • 奖励:相册里某一张行星卡会多出一段“后来”的故事。

结局属于“时空”类。“穿过虫洞”这个节点的内容是:虫洞的口已经被搬到最远的探测器那里,喉部即将撑开。萨根在《接触》里写过类似的一幕,但真实的虫洞只能连到你的飞船去过的地方。

真实的条件

  • 广义相对论允许:可穿越虫洞是广义相对论允许的解。
  • 需要负能量:这类虫洞需要负能量。
  • 口要先搬到位:两个口必须先用亚光速搬到位,所以虫洞不会让你瞬间到达从没去过的地方。

提示里“虫洞只能连到你去过的地方”这句话,正是对上面第三条的复述:因为口是被你亲手搬过去的,所以另一端只能是你去过的地方。至于为什么另一端的星空那么眼熟,游戏没有给科学解释,那是虚构的剧情。

一本小说催生的论文

萨根的《接触》(1985 年)讲射电天文学家收到一串来自织女星的质数信号,里面藏着一台机器的设计图,造出它的人被送往远方。这本书有个特别的科学背景:萨根为这本书请教了物理学家索恩,直接催生了 1988 年的可穿越虫洞论文。

游戏设定,不是真的

连到另一个宇宙的虫洞是虚构的。游戏里的“穿过虫洞”节点说的是,虫洞另一端的星空,你好像在哪里见过。

相关的真实研究

下面这些研究和广义相对论、时空、黑洞有关。它们是相关的真实科学,并不是虫洞存在的依据。

  • 弗里德曼宇宙:弗里德曼从广义相对论推出宇宙可以膨胀或收缩,比观测证据早了七年(Friedmann,《Zeitschrift für Physik》1922)。
  • 狭义相对论:时间和空间不是绝对的(Einstein,《Annalen der Physik》1905)。
  • 曲速引擎:广义相对论允许一种压缩前方、拉伸后方空间的“曲速泡”,但需要现实中可能不存在的负能量(Alcubierre,《Classical and Quantum Gravity》1994)。游戏的规矩是不允许超光速,这一项只是说明广义相对论里“负能量”这个条件反复出现。
  • 黑洞会蒸发:量子效应让黑洞缓慢辐射能量,黑洞终将蒸发(Hawking,《Nature》1974)。
  • 黑洞的影子:全球射电望远镜组成一台地球大小的“虚拟望远镜”,拍下了 M87 星系中心黑洞的影子(Event Horizon Telescope Collaboration,《The Astrophysical Journal Letters》2019)。
  • 引力波:两个黑洞在 13 亿年前合并,时空的涟漪终于被人类听见(Abbott 等,LIGO 与 Virgo,《Physical Review Letters》2016)。
  • 宇宙的终章:推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运:恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发(Adams 与 Laughlin,《Reviews of Modern Physics》1997)。

想读原文,可以搜这些题目

  • Friedmann(1922):《Über die Krümmung des Raumes》,大意是“论空间的曲率”
  • Einstein(1905):《Zur Elektrodynamik bewegter Körper》,大意是“论动体的电动力学”
  • Alcubierre(1994):《The warp drive: hyper-fast travel within general relativity》,大意是“曲速引擎:广义相对论框架内的超快旅行”
  • Hawking(1974):《Black hole explosions?》,大意是“黑洞爆炸?”
  • Event Horizon Telescope(2019):《First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole》,大意是“M87 事件视界望远镜首批结果之一:超大质量黑洞的影子”
  • Abbott 等(2016):《Observation of gravitational waves from a binary black hole merger》,大意是“双黑洞并合引力波的观测”

真实依据

  • 可穿越虫洞是广义相对论允许的解,但需要负能量;两个口必须先用亚光速搬到位。

  • 穿过虫洞:虫洞的口已经被搬到最远的探测器那里,喉部即将撑开。萨根在《接触》里写过类似的一幕,但真实的虫洞只能连到你的飞船去过的地方。

  • 《接触》(卡尔·萨根,1985 年)的科学背景:萨根为这本书请教了物理学家索恩,直接催生了 1988 年的可穿越虫洞论文。

相关研究

这些研究和本页主题相关,但不是本页内容的直接证明。

  • 弗里德曼宇宙:弗里德曼从广义相对论推出宇宙可以膨胀或收缩,比观测证据早了七年。

    出处:Friedmann, Zeitschrift für Physik 1922, "Über die Krümmung des Raumes"

  • 黑洞的影子:全球射电望远镜组成一台地球大小的“虚拟望远镜”,拍下了 M87 星系中心黑洞的影子。

    出处:Event Horizon Telescope Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 2019, "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole"

  • 引力波:两个黑洞在 13 亿年前合并,时空的涟漪终于被人类听见,验证了爱因斯坦百年前的预言。

    出处:Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"

  • 狭义相对论:时间和空间不是绝对的。专利局的小职员在一年里发表了四篇改变物理学的论文。

    出处:Einstein, Annalen der Physik 1905, "Zur Elektrodynamik bewegter Körper"

  • 黑洞会蒸发:量子效应让黑洞缓慢辐射能量。黑洞不是永恒的,终将蒸发。

    出处:Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"

  • 曲速引擎:广义相对论允许一种压缩前方、拉伸后方空间的“曲速泡”,但需要现实中可能不存在的负能量。

    出处:Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"

  • 宇宙的终章:推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运:恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发。

    出处:Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"

游戏设定(虚构)

  • 连到另一个宇宙的虫洞是虚构。
  • 节点「穿过虫洞」:虫洞另一端的星空,你好像在哪里见过。
  • 小说《接触》概述:射电天文学家收到一串来自织女星的质数信号,里面藏着一台机器的设计图。造出它的人,被送往远方。