探測蟲洞─相關圖書與研究資源選介

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愛因斯坦的重力理論可說是跨時代的發現，它讓我們對時空的本質有全新的認識。時空不再只是不變的座標，它會隨著物體的存在或運動而彎曲與波動，而描述這些現象的重力方程式，就是數學的幾何學。重力方程式告訴我們宇宙中可能存在許多特殊時空幾何結構，包含重力波、黑洞、蟲洞等。其中重力波和黑洞等預測，近年來已經被科學家們研究所證實。蟲洞目前則還未被觀測到，但最新研究顯示，也許我們可以透過重力波來尋找蟲洞。

擷自“A black hole circling a wormhole would emit weird gravitational waves”. ScienceNews.

一、蟲洞是什麼？

蟲洞是一種特殊的時空幾何結構，和黑洞不同，它連接2個不同的時空（如上圖所示），當物體掉落蟲洞，能從蟲洞的另一出口出來。

二、蟲洞的源起

蟲洞這種特殊幾何結構是在1935年由愛因斯坦(Albert Einstein)和羅森(Nathan Rosen)所提出1。由於它可連接不同時空，因此後來成為科幻小說中時空旅行的重要構想來源。但因該論文中提到蟲洞極不穩定，只要物質掉入便會造成坍縮，因此讓蟲洞時空旅行成為幻影。然而，索恩 (Kip Thorne, 2017年諾貝爾物理學獎得主)等研究發現只要有負能量的物質存在便可讓蟲洞穩定2，大大增加蟲洞真實存在的可能性。

三、如何探測蟲洞

蟲洞真的存在嗎？如何探測？有許多研究提出探測蟲洞的方法3-6。其中Dent等學者於2020年提出，我們可以靠量測重力波來尋找蟲洞5。因為當黑洞繞著蟲洞運動，並逐漸穿過蟲洞時，會產生一種特殊的重力波訊號，如果能在宇宙中偵測到該特殊重力波訊號，我們便能推測有蟲洞存在。研究人員並指出該訊號的範圍是可被LIGO(The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)所偵測到的，因此，人們將可望透過重力波的量測來證實蟲洞的存在。

蟲洞如果證實存在，其穩定機制將是下一個值得探詢的問題。有不少研究試圖探討宇宙中是否真有負能量的奇怪物質存在，或者蟲洞是由量子糾纏機制產生7，另有研究更進一步由蟲洞與量子糾纏機制的對等關係來探索時空的基本特質，整合原本獨立的量子世界與時空幾何等概念8。這些謎底相信將能帶領我們更深入的了解宇宙的面貌。

四、善用圖書館與資料庫尋找蟲洞相關研究

  1. 圖書館專書論著

想了解蟲洞的相關先備知識，您可以閱讀相關主題專書。至圖書館SLIM系統館藏目錄中，查詢“蟲洞”或“wormhole”，可查得以下專書論著：

  1. 期刊與其他類型研究文獻

想綜覽蟲洞的最新研究，可查詢相關主題期刊文獻。至圖書館SLIM系統整合查詢中，輸入”wormhole”，並將結果限縮在”期刊文獻”，即可取得目前有關蟲洞研究的最新論文喔。

另外，推薦您使用線上預印本(preprint)資料庫 arXiv.org，許多物理領域的研究者會在研究正式發表前，提早在此宣告自己的研究成果，以獲取同儕的評論意見做為改善的方向 (詳細請參考此文章)。您可以在arXiv資料庫搜尋”wormhole”，並將檢索結果依照時間排序，了解最新的蟲洞研究趨勢：

 

參考文獻：

  1. Einstein and N. Rosen, “The Particle Problem in the General Theory of Relativity,” Phys. Rev. 48,73 (1935).
    R.W. Fuller and J.A. Wheeler, “Causality and Multiply Connected Space-Time” Phys. Rev. 128, 919 (1962).
  1. Morris, Michael; Thorne, Kip; Yurtsever, Ulvi. “Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition”. Physical Review Letters. 61, 1446 (1988).
  2. Emily Conover. “A black hole circling a wormhole would emit weird gravitational waves”. ScienceNews.
  3. Tom Siegfried. “Long the stuff of fantasy, wormholes may be coming soon to a telescope near you”. ScienceNews.
  4. James B. Dent, William E. Gabella, Kelly Holley-Bockelmann, Thomas W. Kephart. “The Sound of Clearing the Throat: Gravitational Waves from a Black Hole Orbiting in a Wormhole Geometry”. arXiv:2007.09135.
  5. De-Chang Dai and Dejan Stojkovic. “Observing a wormhole”. Phys. Rev. D 100, 083513 (2019). arXiv:1910.00429
  6. Natalie Wolchover. “Newfound Wormhole Allows Information to Escape Black Holes”. QuantaMagazine.
    Maldacena, L. Susskind. “Cool horizons for entangled black holes”, Fortschr. Phys., 61: 781-811. (2013). arXiv:1306.0533
    Ping Gao, Daniel Louis Jafferis, Aron C. Wall. “Traversable Wormholes via a Double Trace Deformation”. J. High Energ. Phys. 2017, 151 (2017). arXiv:1608.05687
    “Traversable Wormholes Can Exist, But They Are Not Very Useful for Space Travel, Physicists Say”. ScienceNews.
  1. C. Cole. “Wormholes Untangle a Black Hole Paradox”. QuantaMagazine. Jennifer Ouellette. “How Quantum Pairs Stitch Space-Time”. QuantaMagazine.

 

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