蟲洞的另一端:可穿越蟲洞需要什麼條件
可穿越蟲洞是廣義相對論允許的解,但需要負能量。這一頁講結局「蟲洞的另一端」背後的真實科學。
可穿越蟲洞,是廣義相對論允許的解,但需要負能量;兩個口必須先用亞光速搬到位。這兩條限制,正是遊戲裡結局「蟲洞的另一端」的真實基礎:它不允許超光速,所以蟲洞的口要先被慢慢搬到遠處,才能通過。
這一頁先說怎麼解鎖,再講蟲洞的真實條件、卡爾·薩根與索恩之間的一段有趣的科學史,最後列出時空與黑洞相關的真實研究,並說明它們和這個結局的關係。
怎麼解鎖
- 提示:蟲洞只能連到你去過的地方。可是另一端的星空,為什麼那麼眼熟?
- 條件:點亮“穿過蟲洞”,然後見證宇宙終局。
- 獎勵:相簿裡某一張行星卡會多出一段“後來”的故事。
結局屬於“時空”類。“穿過蟲洞”這個節點的內容是:蟲洞的口已經被搬到最遠的探測器那裡,喉部即將撐開。薩根在《接觸》裡寫過類似的一幕,但真實的蟲洞只能連到你的飛船去過的地方。
真實的條件
- 廣義相對論允許:可穿越蟲洞是廣義相對論允許的解。
- 需要負能量:這類蟲洞需要負能量。
- 口要先搬到位:兩個口必須先用亞光速搬到位,所以蟲洞不會讓你瞬間到達從沒去過的地方。
提示裡“蟲洞只能連到你去過的地方”這句話,正是對上面第三條的複述:因為口是被你親手搬過去的,所以另一端只能是你去過的地方。至於為什麼另一端的星空那麼眼熟,遊戲沒有給科學解釋,那是虛構的劇情。
一本小說催生的論文
薩根的《接觸》(1985 年)講射電天文學家收到一串來自織女星的質數訊號,裡面藏著一臺機器的設計圖,造出它的人被送往遠方。這本書有個特別的科學背景:薩根為這本書請教了物理學家索恩,直接催生了 1988 年的可穿越蟲洞論文。
遊戲設定,不是真的
連到另一個宇宙的蟲洞是虛構的。遊戲裡的“穿過蟲洞”節點說的是,蟲洞另一端的星空,你好像在哪裡見過。
相關的真實研究
下面這些研究和廣義相對論、時空、黑洞有關。它們是相關的真實科學,並不是蟲洞存在的依據。
- 弗裡德曼宇宙:弗裡德曼從廣義相對論推出宇宙可以膨脹或收縮,比觀測證據早了七年(Friedmann,《Zeitschrift für Physik》1922)。
- 狹義相對論:時間和空間不是絕對的(Einstein,《Annalen der Physik》1905)。
- 曲速引擎:廣義相對論允許一種壓縮前方、拉伸後方空間的“曲速泡”,但需要現實中可能不存在的負能量(Alcubierre,《Classical and Quantum Gravity》1994)。遊戲的規矩是不允許超光速,這一項只是說明廣義相對論裡“負能量”這個條件反覆出現。
- 黑洞會蒸發:量子效應讓黑洞緩慢輻射能量,黑洞終將蒸發(Hawking,《Nature》1974)。
- 黑洞的影子:全球射電望遠鏡組成一臺地球大小的“虛擬望遠鏡”,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:兩個黑洞在 13 億年前合併,時空的漣漪終於被人類聽見(Abbott 等,LIGO 與 Virgo,《Physical Review Letters》2016)。
- 宇宙的終章:推算了宇宙在萬億年乃至更久之後的命運:恆星熄滅、質子或許衰變、黑洞最終蒸發(Adams 與 Laughlin,《Reviews of Modern Physics》1997)。
想讀原文,可以搜這些題目
- Friedmann(1922):《Über die Krümmung des Raumes》,大意是“論空間的曲率”
- Einstein(1905):《Zur Elektrodynamik bewegter Körper》,大意是“論動體的電動力學”
- Alcubierre(1994):《The warp drive: hyper-fast travel within general relativity》,大意是“曲速引擎:廣義相對論框架內的超快旅行”
- 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 事件視界望遠鏡首批結果之一:超大質量黑洞的影子”
- Abbott 等(2016):《Observation of gravitational waves from a binary black hole merger》,大意是“雙黑洞併合引力波的觀測”
真實依據
可穿越蟲洞是廣義相對論允許的解,但需要負能量;兩個口必須先用亞光速搬到位。
穿過蟲洞:蟲洞的口已經被搬到最遠的探測器那裡,喉部即將撐開。薩根在《接觸》裡寫過類似的一幕,但真實的蟲洞只能連到你的飛船去過的地方。
《接觸》(卡爾·薩根,1985 年)的科學背景:薩根為這本書請教了物理學家索恩,直接催生了 1988 年的可穿越蟲洞論文。
相關研究
這些研究和本頁主題相關,但不是本頁內容的直接證明。
弗裡德曼宇宙:弗裡德曼從廣義相對論推出宇宙可以膨脹或收縮,比觀測證據早了七年。
出處:Friedmann, Zeitschrift für Physik 1922, "Über die Krümmung des Raumes"
黑洞的影子:全球射電望遠鏡組成一臺地球大小的“虛擬望遠鏡”,拍下了 M87 星系中心黑洞的影子。
出處: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:兩個黑洞在 13 億年前合併,時空的漣漪終於被人類聽見,驗證了愛因斯坦百年前的預言。
出處:Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"
狹義相對論:時間和空間不是絕對的。專利局的小職員在一年裡發表了四篇改變物理學的論文。
出處:Einstein, Annalen der Physik 1905, "Zur Elektrodynamik bewegter Körper"
黑洞會蒸發:量子效應讓黑洞緩慢輻射能量。黑洞不是永恆的,終將蒸發。
出處:Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"
曲速引擎:廣義相對論允許一種壓縮前方、拉伸後方空間的“曲速泡”,但需要現實中可能不存在的負能量。
出處:Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"
宇宙的終章:推算了宇宙在萬億年乃至更久之後的命運:恆星熄滅、質子或許衰變、黑洞最終蒸發。
出處:Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
遊戲設定(虛構)
- 連到另一個宇宙的蟲洞是虛構。
- 節點「穿過蟲洞」:蟲洞另一端的星空,你好像在哪裡見過。
- 小說《接觸》概述:射電天文學家收到一串來自織女星的質數訊號,裡面藏著一臺機器的設計圖。造出它的人,被送往遠方。