从爱因斯坦到霍金的宇宙
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在这种情况发生的时候，逃逸粒子——无论是物 质、反物质还是光子——本身都带有正能量，而与此 同时，黑洞便会失去相应的一部分质量。这就是所谓 的“霍金辐射”，是斯蒂芬·霍金的伟大科学成就之 一。
霍金辐射（1974年）
霍金作报告时候，用弯曲时空量子场论证明：“黑洞有热辐射， 黑洞的温度是真温度！黑洞面积确实是黑洞的熵！”
213
电影中的物理科学
许萍
• 诺兰的《星际穿越》是基于美国理论物理学家基普·索恩的理 论成果，而他的理论成果基本都在他的著作《黑洞与时间弯曲》 一书中，本文的科学知识基本都是我在这本著作中看到总结的。
• 基普·S·索恩(Kip Stephen Thorne ，1940年6月1日-至今 )
• 美国理论物理学家 • 主要贡献在于引力物理和天体物
G 8G T g
大质量的恒星会塌陷为黑洞，则是印裔物理学家钱德拉 塞卡的功劳——钱德拉塞卡极限（白矮星的质量上限）。
1.什么是黑洞?
黑洞是空间中有着强大引力的超高密度的天体， 假如太阳质量不变，大小却变成乒乓球那样， 这就是太阳坍缩成了黑洞。
电影中展示的“黑洞”形象
一道光轮环绕着里面的 球形大漩涡，看起来似 乎既从上面弯过去，也 从下面弯过去了。
这个条件在物理上可以由空间上有限 无边的宇宙来满足。
这个条件在物理上可以由局 部膨胀或收缩的宇宙来满足。
一个时空若满足以下条件， 就必 定是存在奇点:
① 强能量条件成立。 ② 一般性条件成立。 ③ 满足时序条件。 ④ 以下三个条件之一成立:
a. 存在封闭陷获面。 b. 存在紧致无边非时序点集。 c. 存在一个点，通过该点的 所有未来(或过去)方向的类光测 地线束的膨胀标量θ最终将变为 负值。
在量子物理中，有一种卡西米尔效 应，允许负能量的存在。假如你使 两块金属板间保持纯粹的真空，并 将它们互相靠近，其间的真空就会 被“压缩”，量子波动的模式也会 减少。最终结果显示，两块板之间 的真空能量会低于其周围的能量。 假如周围的能量为零，那么两板之 间的量子真空能量就会变成负的。
在哪可以找到负能量？
两点间的一条捷径，就是一个 苹果，虫子沿着苹果表面走远 了，可是如果虫子挖洞从苹果 里面走就近多了，顾明思议， 虫子为了抄近路而在苹果里挖 的洞。
1.虫洞在哪里？
第二种说法： 虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的管道，故
在黑洞里能找到虫洞。
什么是白洞？
黑洞死亡会变成一个白洞， 喷射出之前黑洞吸入的物 质。
黑洞表面附近存在真空涨落，产生的 虚粒子对，其中一个（带负能的正电 子）掉进黑洞，另一个逃逸。逃逸的 粒子（带正能的负电子）获得了能量， 也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以 逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发 射粒子一样。这个猜想中的辐射被命 名为"霍金辐射"。
霍金辐射的温度是极低的；银河 系中心的黑洞所释放出的霍金辐 射温度仅有10^(–15)K。但是随 着黑洞的蒸发，及其质量的失去， 温度会逐渐升高。黑洞完全蒸发 掉大概需要10^100年，在它完全 蒸发掉的那一瞬间，会发出一道 强烈的闪光，释放出相当于一颗 核弹的能量。
迈克尔逊-莫雷实验结果 和“以太漂移”说相矛 盾
热学中的能量均分定则在气体比热 以及热辐射能谱的理论解释中得出 与实验不等的结果
1.什么是黑洞?
爱因斯坦场方程
G 8G T g
爱因斯坦张量： 描述空间弯曲黑洞情况
能-动张量：描述了物质能量的分布 情况
1.什么是黑洞?
假如在一个小范围的空间内集中足够多的物质，时空就 会被弯曲到一切都无法逃脱。这一可能性最早是1915年 卡尔·史瓦西在试图解开爱因斯坦广义相对论方程式时 发现的。
质能方程（质能守恒定律）
E mc2
有了它，人们才弄明白万物生长靠太阳，太阳 发光靠 mc2 ；有了它，人们才懂得利用核能； 也正是有了它，狄拉克在1928年才发现了自然 界存在着反物质。
量子力学里，“真空”会持续地产生正-反粒子对， 并在瞬间出现并湮灭。这些粒子对也包括光子，但我 们通常看不到。在黑洞边缘，这些虚粒子对中的一个 会坠入黑洞，而另一个会同时逃逸。
电影中里面怎么实现负能量？ 在飞船以接近光速的速度接近虫洞时，虫洞周围的能量就成了负 的。故要进入虫洞，飞船的速度必须接近光速。
负能量可以帮助虫洞保持稳定。 由于负能量可以产生排斥的引 力，如果把负能量放置在虫洞 的通道周围，它就能抵消虫洞 自身的引力，防止虫洞坍塌。
时间机器——虫洞
假定我们能找到虫洞并且有某种负能量可以让它一直开着，那么虫洞 就可以是一个时间机器。飞船要进入虫洞，其速度要接近光速。 根据爱因斯坦的相对论原理，如果你在太空中的速度足够快，可以做 到在太空中呆了几十天，地球上却已经过了几十年，做到古人所说的 天上一天地上一年，即如果你2014年坐飞船接近光束进行时空旅行一 个月后，回到地球，这时发现地球已经是2044年，这就实现了穿越到 未来。 故我们可以猜想剧情，等主角们穿越到其他星际空间完成任务后，回 到地球，他们的儿女都和主角们一样大年龄了。目前的科学理论表明， 回到过去是不能实现的。
2003年的德国Garching，一个由马克斯普朗克地外物理学会（MPE）学者为首的 国际天文学家小组，发现了来自银河系中心超大质量黑洞的强烈红外闪光。信号 以分钟为单位快速闪烁，它必然是炽热气体在掉进黑洞，并在这个怪兽的视界中 消失之前发出的。新观测结果强烈表明，星系中心的这个黑洞是高速自旋着的。 此前还没有科学家能够这么细致地研究这个以宇宙的尺度来衡量几乎近在咫尺的 黑洞所产生的现象。
理学领域。 • 当今世界上研究广义相对论下的
天体物理学领域的领导者之一。 • 2017年，他与Barry Barish和
Rainer Weiss，因在LIGO项目及 引力波探测方面的决定性贡献而 共同获得诺贝尔物理学奖。
双黑洞系统
黑洞
母子 谬论
星际 穿越
虫洞
五维 时空
19世纪，天空中出现了两朵乌云
黑洞的特点：有进无出
①任何东西都可以掉进黑洞，黑洞外围有一层“事 件视界”，任何东西只要过了这个“视界”，都要 掉进黑洞。
②任何东西都不可能从黑洞里逃出来，包括光。另外， 因为没有光从黑洞逃出，故无法直接观测黑洞， 但是从物体被黑洞吸入之前放出的紫外线、X射线 等边缘信息可以获取黑洞的存在。
假如掉进黑洞 我们会看到什么景象?
黑洞
母子 谬论
宇宙
虫洞
五维 时空
存在着一种能够将宇宙的两部 分连接起来的假想方式叫“虫 洞”，最初叫“爱因斯坦-罗森 桥”。 它是由爱因斯坦和他的 助手内森·罗森于 1935 年在 一篇经典论文中提出的，这篇 论文的题目叫《广义相对论中 的粒子问题》。
1.虫洞在哪里？
第一种说法： 虫洞是宇宙中相距遥远的
理论上讲，黑洞本是一颗恒星，然而它最终没有熄灭或爆 炸，而是像做塌了的蛋奶酥一样，坍塌成一个小小的、不 可逃逸的奇点（singularity）。一道光轮环绕着里面的球 形大漩涡，看起来似乎既从上面弯过去，也从下面弯过去 了。
霍金证明了关于黑洞的表面积的定 理——面积定理。按照面积定理， 两个小黑洞可以合并成一个大黑洞， 但一个大黑洞不能分裂成两个小黑 洞。这是因为一个大黑洞的面积大 于总质量与它相等的两个小黑洞的 面积之和
吸积盘是一团凝聚在 一起的物质，它围绕 着黑洞旋转。
电影中展示的“吸积盘”形象
黑洞的特点：有进无出
什么是潮汐力？
黑洞潮汐力
黑洞
一只很大的飞船飞向一个天体，飞船头 部距离天体比较近，受到的引力比较大， 而尾部距离天体比较远，受到的引力比 较小，头部和尾部的引力大小的差距， 就会在飞船中间产生撕扯的拉力，这个 拉力就是潮汐力。
欧洲空间局(ESA)通过国际伽马射线天体物理实验室太空望远镜 (Integral)发现，在距我们4700万光年远的NGC 4845星系中， 一个黑洞正从“沉睡”中醒来，“吞吃”误经它身边的低质量 星体——褐矮星或巨行星
一个不带积吸盘的黑洞。 图/麻省理工学院
在银河系中心，有许多恒星围绕着一个质量为太阳 四百万倍的不发光质心运行。这个质心名为“人马 座A*”，通过对围绕着它运行的恒星进行测量，我 们可以确定它是一个无可争辩的黑洞候选者。
另一个可以看到负能量的地方是黑洞。当一 个粒子-反粒子对在黑洞视界边缘从真空中蹦 出来，正打算度过它们短暂的一生，然后相 互拥抱，重归虚无的时候，黑洞用它强大的 引力打断了这一过程。于是，一个粒子掉进 了黑洞的无底深渊，而另一个却得到了足够 的能量，逃离了黑洞。这样，一个粒子（一 份能量）就凭空产生了。基于能量守恒，掉 进黑洞的那一个粒子必须带有负能量。吃掉 这个负能量的黑洞质量反而变小了。长此以 往，黑洞越来越小，最后在一道闪光中烟消 云散。
银河系中心超大质量黑洞的所在位置。 图/钱德拉X射线天文台
图/SXS小组，Bohn等人，2015
图/Ute Kraus，德国希尔德斯海姆大学Kraus物理学教学小组
图/Andrew Hamilton
“视界”是“无法回头的表面”。
在那里，连光都无法逃逸。闪光的快速波动和甚大望远镜所 获得的所有数据都表明，围绕着视界的区域处于一片混沌之 中——这种状况与风暴内部或太阳耀斑较为相像。
1.虫洞在哪里？
第三种说法： 虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。
在影片《星际穿越》中，勇敢的探 险家们利用土星轨道附近的一个虫 洞进入另一个行星系统。正如影片 所描述的那样，虫洞弯曲了空间， 让超远距离旅行可以在瞬间完成。 形象地说，虫洞弯曲空间就像将一 张纸折叠，缩短纸的两个远点之间 的距离。专家们指出虫洞并不存在， 至少目前未发现。
黑洞
母子 谬论
宇宙
虫洞
五维 时空
霍金与黑洞
奇点定理
霍金辐射
什么是奇点？
物理上把一个存在又不存在的点 称为奇点。
理解: ① 密度无限大 ② 时空曲率无限高 ③ 热量无限高 ④ 体积无限小的"点" ⑤ 一切已知物理定律均在奇点失效
Hawking-Penrose 奇点定理（1970年）： 黑洞里必然有一个体积无限小，密度无限大的“奇点”。
黑洞
母子 谬论
宇宙
虫洞
五维 时空
4.母子怪圈
虽然回到过去没有科学依据支持，但科幻片毕竟是科幻的，所以出现回到过去的剧情 也是有可能的。 这时就有一个每部有关穿越时空的科幻片都面临的问题： 假如我有时间机器（虫洞或者别的），我就能够回到过去母亲怀我之前把她杀死。此 时，母亲死了，我就不会出世，那又怎么会有我穿越时空来杀母亲呢？这时就有这样 一个矛盾出现了。 对于这个矛盾，有两种处理方法： ①因果循环观点：历史不可改变，我虽然想杀母亲，但会有外界因素使我不能成功。 或者说，过去某时某人死了，我回到过去想救某人，会有其他因素阻止我救人，甚至 我的出现就是那个人死的原因。 ②平行宇宙观点：时空不是唯一存在的，而是有无数个时空平行的存在，它们彼此之 间一般情况是无法产生联系的。这种观点普遍被人接受。那么我只是穿越到另一个平 行宇宙，杀死了那一个时空的母亲，并不影响我穿越前那个宇宙的母亲。也就是说我 只是穿越到别的时空去了一趟而已，而不是回到过去或未来，更无所谓改变历史。
怎么样造出一个可以穿越的虫洞？
需要一种自然界极其缺乏的成份，即 所谓的“奇异物质”。奇异物质具有 负质量，因此能够作为反重力的稳定 机制，使虫洞的颈部保持开放。
在霍金关于虫洞的理论中，虫洞的直径只能容得下通过基本粒 子，而
在哪可以找到负能量？
这个黑洞其实是一个有史以来最精准的黑洞模型。它以接近 光速旋转着，将宇宙的物质一点点地吸引过去。
黑洞引力极大，以至于弯曲了宇宙的结构。 爱因斯坦对此进行了解释：质量越大的物体， 产生的引力就越大。像恒星和黑洞这样的物 体就能产生巨大的引力，导致光线弯曲，时 空扭曲。更神奇的是，如果你离黑洞比我近， 我们对时间和空间的感觉会不一样。相对来 说，我的时间会过得快一点。
怎么样造出一个可以穿越的虫洞？
旅行者可以通过其稳定的“颈 部”，在不同的空间之间进行穿 越，而且在穿越的过程中，不会 引起虫洞的坍塌。旅行者在穿越 这样的虫洞时，不会被拉伸或压 碎，反而会安全地，在合理的时 间范围内——比如说，不到一年 的时间——从一端到达另一端。 辐射量也会保持在最少的程度。
——莫里斯和索恩的论文《时空中的虫洞及它们在星际旅行中的用途：广 义相对论的教学工具》
霍金辐射（1974年）
霍金作报告时候，用弯曲时空量子场论证明：“黑洞有热辐射， 黑洞的温度是真温度！黑洞面积确实是黑洞的熵！”
213
电影中的物理科学
许萍
• 诺兰的《星际穿越》是基于美国理论物理学家基普·索恩的理 论成果，而他的理论成果基本都在他的著作《黑洞与时间弯曲》 一书中，本文的科学知识基本都是我在这本著作中看到总结的。
• 基普·S·索恩(Kip Stephen Thorne ，1940年6月1日-至今 )
• 美国理论物理学家 • 主要贡献在于引力物理和天体物
G 8G T g
大质量的恒星会塌陷为黑洞，则是印裔物理学家钱德拉 塞卡的功劳——钱德拉塞卡极限（白矮星的质量上限）。
1.什么是黑洞?
黑洞是空间中有着强大引力的超高密度的天体， 假如太阳质量不变，大小却变成乒乓球那样， 这就是太阳坍缩成了黑洞。
电影中展示的“黑洞”形象
一道光轮环绕着里面的 球形大漩涡，看起来似 乎既从上面弯过去，也 从下面弯过去了。
这个条件在物理上可以由空间上有限 无边的宇宙来满足。
这个条件在物理上可以由局 部膨胀或收缩的宇宙来满足。
一个时空若满足以下条件， 就必 定是存在奇点:
① 强能量条件成立。 ② 一般性条件成立。 ③ 满足时序条件。 ④ 以下三个条件之一成立:
a. 存在封闭陷获面。 b. 存在紧致无边非时序点集。 c. 存在一个点，通过该点的 所有未来(或过去)方向的类光测 地线束的膨胀标量θ最终将变为 负值。
在量子物理中，有一种卡西米尔效 应，允许负能量的存在。假如你使 两块金属板间保持纯粹的真空，并 将它们互相靠近，其间的真空就会 被“压缩”，量子波动的模式也会 减少。最终结果显示，两块板之间 的真空能量会低于其周围的能量。 假如周围的能量为零，那么两板之 间的量子真空能量就会变成负的。
在哪可以找到负能量？
两点间的一条捷径，就是一个 苹果，虫子沿着苹果表面走远 了，可是如果虫子挖洞从苹果 里面走就近多了，顾明思议， 虫子为了抄近路而在苹果里挖 的洞。
1.虫洞在哪里？
第二种说法： 虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的管道，故
在黑洞里能找到虫洞。
什么是白洞？
黑洞死亡会变成一个白洞， 喷射出之前黑洞吸入的物 质。
黑洞表面附近存在真空涨落，产生的 虚粒子对，其中一个（带负能的正电 子）掉进黑洞，另一个逃逸。逃逸的 粒子（带正能的负电子）获得了能量， 也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以 逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发 射粒子一样。这个猜想中的辐射被命 名为"霍金辐射"。
霍金辐射的温度是极低的；银河 系中心的黑洞所释放出的霍金辐 射温度仅有10^(–15)K。但是随 着黑洞的蒸发，及其质量的失去， 温度会逐渐升高。黑洞完全蒸发 掉大概需要10^100年，在它完全 蒸发掉的那一瞬间，会发出一道 强烈的闪光，释放出相当于一颗 核弹的能量。
迈克尔逊-莫雷实验结果 和“以太漂移”说相矛 盾
热学中的能量均分定则在气体比热 以及热辐射能谱的理论解释中得出 与实验不等的结果
1.什么是黑洞?
爱因斯坦场方程
G 8G T g
爱因斯坦张量： 描述空间弯曲黑洞情况
能-动张量：描述了物质能量的分布 情况
1.什么是黑洞?
假如在一个小范围的空间内集中足够多的物质，时空就 会被弯曲到一切都无法逃脱。这一可能性最早是1915年 卡尔·史瓦西在试图解开爱因斯坦广义相对论方程式时 发现的。
质能方程（质能守恒定律）
E mc2
有了它，人们才弄明白万物生长靠太阳，太阳 发光靠 mc2 ；有了它，人们才懂得利用核能； 也正是有了它，狄拉克在1928年才发现了自然 界存在着反物质。
量子力学里，“真空”会持续地产生正-反粒子对， 并在瞬间出现并湮灭。这些粒子对也包括光子，但我 们通常看不到。在黑洞边缘，这些虚粒子对中的一个 会坠入黑洞，而另一个会同时逃逸。
电影中里面怎么实现负能量？ 在飞船以接近光速的速度接近虫洞时，虫洞周围的能量就成了负 的。故要进入虫洞，飞船的速度必须接近光速。
负能量可以帮助虫洞保持稳定。 由于负能量可以产生排斥的引 力，如果把负能量放置在虫洞 的通道周围，它就能抵消虫洞 自身的引力，防止虫洞坍塌。
时间机器——虫洞
假定我们能找到虫洞并且有某种负能量可以让它一直开着，那么虫洞 就可以是一个时间机器。飞船要进入虫洞，其速度要接近光速。 根据爱因斯坦的相对论原理，如果你在太空中的速度足够快，可以做 到在太空中呆了几十天，地球上却已经过了几十年，做到古人所说的 天上一天地上一年，即如果你2014年坐飞船接近光束进行时空旅行一 个月后，回到地球，这时发现地球已经是2044年，这就实现了穿越到 未来。 故我们可以猜想剧情，等主角们穿越到其他星际空间完成任务后，回 到地球，他们的儿女都和主角们一样大年龄了。目前的科学理论表明， 回到过去是不能实现的。
2003年的德国Garching，一个由马克斯普朗克地外物理学会（MPE）学者为首的 国际天文学家小组，发现了来自银河系中心超大质量黑洞的强烈红外闪光。信号 以分钟为单位快速闪烁，它必然是炽热气体在掉进黑洞，并在这个怪兽的视界中 消失之前发出的。新观测结果强烈表明，星系中心的这个黑洞是高速自旋着的。 此前还没有科学家能够这么细致地研究这个以宇宙的尺度来衡量几乎近在咫尺的 黑洞所产生的现象。
理学领域。 • 当今世界上研究广义相对论下的
天体物理学领域的领导者之一。 • 2017年，他与Barry Barish和
Rainer Weiss，因在LIGO项目及 引力波探测方面的决定性贡献而 共同获得诺贝尔物理学奖。
双黑洞系统
黑洞
母子 谬论
星际 穿越
虫洞
五维 时空
19世纪，天空中出现了两朵乌云
黑洞的特点：有进无出
①任何东西都可以掉进黑洞，黑洞外围有一层“事 件视界”，任何东西只要过了这个“视界”，都要 掉进黑洞。
②任何东西都不可能从黑洞里逃出来，包括光。另外， 因为没有光从黑洞逃出，故无法直接观测黑洞， 但是从物体被黑洞吸入之前放出的紫外线、X射线 等边缘信息可以获取黑洞的存在。
假如掉进黑洞 我们会看到什么景象?
黑洞
母子 谬论
宇宙
虫洞
五维 时空
存在着一种能够将宇宙的两部 分连接起来的假想方式叫“虫 洞”，最初叫“爱因斯坦-罗森 桥”。 它是由爱因斯坦和他的 助手内森·罗森于 1935 年在 一篇经典论文中提出的，这篇 论文的题目叫《广义相对论中 的粒子问题》。
1.虫洞在哪里？
第一种说法： 虫洞是宇宙中相距遥远的
理论上讲，黑洞本是一颗恒星，然而它最终没有熄灭或爆 炸，而是像做塌了的蛋奶酥一样，坍塌成一个小小的、不 可逃逸的奇点（singularity）。一道光轮环绕着里面的球 形大漩涡，看起来似乎既从上面弯过去，也从下面弯过去 了。
霍金证明了关于黑洞的表面积的定 理——面积定理。按照面积定理， 两个小黑洞可以合并成一个大黑洞， 但一个大黑洞不能分裂成两个小黑 洞。这是因为一个大黑洞的面积大 于总质量与它相等的两个小黑洞的 面积之和
吸积盘是一团凝聚在 一起的物质，它围绕 着黑洞旋转。
电影中展示的“吸积盘”形象
黑洞的特点：有进无出
什么是潮汐力？
黑洞潮汐力
黑洞
一只很大的飞船飞向一个天体，飞船头 部距离天体比较近，受到的引力比较大， 而尾部距离天体比较远，受到的引力比 较小，头部和尾部的引力大小的差距， 就会在飞船中间产生撕扯的拉力，这个 拉力就是潮汐力。
欧洲空间局(ESA)通过国际伽马射线天体物理实验室太空望远镜 (Integral)发现，在距我们4700万光年远的NGC 4845星系中， 一个黑洞正从“沉睡”中醒来，“吞吃”误经它身边的低质量 星体——褐矮星或巨行星
一个不带积吸盘的黑洞。 图/麻省理工学院
在银河系中心，有许多恒星围绕着一个质量为太阳 四百万倍的不发光质心运行。这个质心名为“人马 座A*”，通过对围绕着它运行的恒星进行测量，我 们可以确定它是一个无可争辩的黑洞候选者。
另一个可以看到负能量的地方是黑洞。当一 个粒子-反粒子对在黑洞视界边缘从真空中蹦 出来，正打算度过它们短暂的一生，然后相 互拥抱，重归虚无的时候，黑洞用它强大的 引力打断了这一过程。于是，一个粒子掉进 了黑洞的无底深渊，而另一个却得到了足够 的能量，逃离了黑洞。这样，一个粒子（一 份能量）就凭空产生了。基于能量守恒，掉 进黑洞的那一个粒子必须带有负能量。吃掉 这个负能量的黑洞质量反而变小了。长此以 往，黑洞越来越小，最后在一道闪光中烟消 云散。
银河系中心超大质量黑洞的所在位置。 图/钱德拉X射线天文台
图/SXS小组，Bohn等人，2015
图/Ute Kraus，德国希尔德斯海姆大学Kraus物理学教学小组
图/Andrew Hamilton
“视界”是“无法回头的表面”。
在那里，连光都无法逃逸。闪光的快速波动和甚大望远镜所 获得的所有数据都表明，围绕着视界的区域处于一片混沌之 中——这种状况与风暴内部或太阳耀斑较为相像。
1.虫洞在哪里？
第三种说法： 虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。
在影片《星际穿越》中，勇敢的探 险家们利用土星轨道附近的一个虫 洞进入另一个行星系统。正如影片 所描述的那样，虫洞弯曲了空间， 让超远距离旅行可以在瞬间完成。 形象地说，虫洞弯曲空间就像将一 张纸折叠，缩短纸的两个远点之间 的距离。专家们指出虫洞并不存在， 至少目前未发现。
黑洞
母子 谬论
宇宙
虫洞
五维 时空
霍金与黑洞
奇点定理
霍金辐射
什么是奇点？
物理上把一个存在又不存在的点 称为奇点。
理解: ① 密度无限大 ② 时空曲率无限高 ③ 热量无限高 ④ 体积无限小的"点" ⑤ 一切已知物理定律均在奇点失效
Hawking-Penrose 奇点定理（1970年）： 黑洞里必然有一个体积无限小，密度无限大的“奇点”。
黑洞
母子 谬论
宇宙
虫洞
五维 时空
4.母子怪圈
虽然回到过去没有科学依据支持，但科幻片毕竟是科幻的，所以出现回到过去的剧情 也是有可能的。 这时就有一个每部有关穿越时空的科幻片都面临的问题： 假如我有时间机器（虫洞或者别的），我就能够回到过去母亲怀我之前把她杀死。此 时，母亲死了，我就不会出世，那又怎么会有我穿越时空来杀母亲呢？这时就有这样 一个矛盾出现了。 对于这个矛盾，有两种处理方法： ①因果循环观点：历史不可改变，我虽然想杀母亲，但会有外界因素使我不能成功。 或者说，过去某时某人死了，我回到过去想救某人，会有其他因素阻止我救人，甚至 我的出现就是那个人死的原因。 ②平行宇宙观点：时空不是唯一存在的，而是有无数个时空平行的存在，它们彼此之 间一般情况是无法产生联系的。这种观点普遍被人接受。那么我只是穿越到另一个平 行宇宙，杀死了那一个时空的母亲，并不影响我穿越前那个宇宙的母亲。也就是说我 只是穿越到别的时空去了一趟而已，而不是回到过去或未来，更无所谓改变历史。
怎么样造出一个可以穿越的虫洞？
需要一种自然界极其缺乏的成份，即 所谓的“奇异物质”。奇异物质具有 负质量，因此能够作为反重力的稳定 机制，使虫洞的颈部保持开放。
在霍金关于虫洞的理论中，虫洞的直径只能容得下通过基本粒 子，而
在哪可以找到负能量？
这个黑洞其实是一个有史以来最精准的黑洞模型。它以接近 光速旋转着，将宇宙的物质一点点地吸引过去。
黑洞引力极大，以至于弯曲了宇宙的结构。 爱因斯坦对此进行了解释：质量越大的物体， 产生的引力就越大。像恒星和黑洞这样的物 体就能产生巨大的引力，导致光线弯曲，时 空扭曲。更神奇的是，如果你离黑洞比我近， 我们对时间和空间的感觉会不一样。相对来 说，我的时间会过得快一点。
怎么样造出一个可以穿越的虫洞？
旅行者可以通过其稳定的“颈 部”，在不同的空间之间进行穿 越，而且在穿越的过程中，不会 引起虫洞的坍塌。旅行者在穿越 这样的虫洞时，不会被拉伸或压 碎，反而会安全地，在合理的时 间范围内——比如说，不到一年 的时间——从一端到达另一端。 辐射量也会保持在最少的程度。
——莫里斯和索恩的论文《时空中的虫洞及它们在星际旅行中的用途：广 义相对论的教学工具》