蟲(chóng)洞
——連接時(shí)空的隧道

文/ 聞新 陳怡婧

霍金認(rèn)為，蟲(chóng)洞的重要作用在于連接時(shí)空隧道。如果把時(shí)空比喻為蘋(píng)果，蟲(chóng)洞就是連接蘋(píng)果表面上兩個(gè)點(diǎn)的洞穴，這個(gè)洞穴對(duì)應(yīng)的是連結(jié)時(shí)空中相異兩點(diǎn)的捷徑。從一個(gè)洞穴到另一個(gè)洞穴，如果沿蘋(píng)果表面走就比較遠(yuǎn)，而走蘋(píng)果里面的隧道就比較近。宇宙中的蟲(chóng)洞就好像這個(gè)隧道。

假定存在蟲(chóng)洞，我們有可能穿越蟲(chóng)洞去別的宇宙旅行嗎？科學(xué)家認(rèn)為有這種可能，因?yàn)橄x(chóng)洞并沒(méi)有因?yàn)橛钪媾蛎浂鴶嗔?，所以我們有可能通過(guò)蟲(chóng)洞前往其他宇宙，或者通過(guò)蟲(chóng)洞接收來(lái)自其他宇宙的信息，甚至接待來(lái)自其他宇宙的智慧生物。

▲ 泡沫宇宙

蟲(chóng)洞的形成過(guò)程

相對(duì)論和量子論告訴我們，原始的宇宙誕生于虛無(wú)縹緲之中。在大爆炸后的10-43秒前，宇宙處于“混沌”狀態(tài)，分不清上下、左右和先后，甚至分不清時(shí)間和空間，充滿(mǎn)著時(shí)空泡沫。

在膨脹過(guò)程中，時(shí)空泡沫演化為“宇宙泡沫”，宇宙泡沫之間有隧道相連，而且隧道可能不止一條，這種連接宇宙泡沫的隧道被科學(xué)家稱(chēng)為“蟲(chóng)洞”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，蟲(chóng)洞就是連接宇宙空間的時(shí)空細(xì)管。

▲ 連接同一宇宙空間的“洛倫茲蟲(chóng)洞”

這些宇宙泡沫迅速膨脹，泡內(nèi)大量的真空能轉(zhuǎn)化為物質(zhì)能。每個(gè)泡沫形成一個(gè)宇宙，其中之一形成了我們的宇宙。宇宙中的物質(zhì)能量進(jìn)而聚集成星系，形成了恒星和行星。在某些條件下合適的星球上出現(xiàn)了生命，其中的一些生命進(jìn)化成有意識(shí)、有智慧的高級(jí)生物，例如人類(lèi)就是這些高級(jí)生物中的一種。

今天我們觀(guān)察到的膨脹宇宙，只是大量宇宙泡形成的大量宇宙中的一個(gè)。而且隨著當(dāng)今宇宙的發(fā)展，也許正在產(chǎn)生新的宇宙，新的宇宙稱(chēng)為嬰兒宇宙，像細(xì)胞分裂一樣，在沒(méi)有完全分開(kāi)之前也會(huì)由空間管道，也就是蟲(chóng)洞連接著。

蟲(chóng)洞的種類(lèi)

科學(xué)家認(rèn)為，存在兩種蟲(chóng)洞，一類(lèi)是可通過(guò)的“洛倫茲蟲(chóng)洞”，另一類(lèi)是可瞬時(shí)通過(guò)的“歐幾里德蟲(chóng)洞”。研究表明，“洛倫茲蟲(chóng)洞”是一直存在的，它可能存在于黑洞中或其他地方，而“歐幾里德蟲(chóng)洞”是瞬間存在的。

“洛倫茲蟲(chóng)洞”可以想象為日常生活中的隧道，就好像泡壺（茶葉）的“手柄”，在同一宇宙空間有兩個(gè)開(kāi)口。這樣的宇宙，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的飛船有兩條路徑可走。一條是穿過(guò)蟲(chóng)洞達(dá)到B點(diǎn)，另一條是不穿過(guò)蟲(chóng)洞到達(dá)B點(diǎn)，如果父子兩人，各自駕駛一艘飛船，父親穿過(guò)蟲(chóng)洞達(dá)到B點(diǎn)，而兒子不穿過(guò)蟲(chóng)洞到達(dá)B點(diǎn)，他們父子經(jīng)歷的時(shí)間是不同的，所以他們達(dá)到B點(diǎn)相會(huì)時(shí)，父親的年齡比兒子要小很多很多。目前的一些研究表明，“洛倫茲蟲(chóng)洞”經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造后，可以變成“時(shí)間機(jī)器”或“時(shí)光隧道”，航天員通過(guò)它后，可以回到自己的童年，見(jiàn)到童年的自己。

現(xiàn)在談?wù)劇皻W幾里德蟲(chóng)洞”。這是一種可瞬間通過(guò)的蟲(chóng)洞，經(jīng)過(guò)這種蟲(chóng)洞前往其他宇宙的人不需要時(shí)間，他會(huì)在眨眼間從我們眼前消失，他感覺(jué)自己在眨眼間已經(jīng)處在另一個(gè)宇宙之中，就好像武俠影片中的“來(lái)無(wú)影、去無(wú)蹤”場(chǎng)面。假如一個(gè)“歐幾里得蟲(chóng)洞”只與本宇宙相通，例如聯(lián)通北京和多倫多，那么一個(gè)經(jīng)歷此蟲(chóng)洞的人會(huì)在瞬間從北京的航天橋上消失，突然出現(xiàn)在多倫多的彩電塔之上。

更為有趣的是，“歐幾里德蟲(chóng)洞”可以通向我們的過(guò)去和未來(lái)。一個(gè)通過(guò)蟲(chóng)洞的人在我們眼前消失之后，有可能突然出現(xiàn)在秦始皇修長(zhǎng)城的工地里。甚至還有傳言，幾個(gè)小孩翻墻跳下去，其中有個(gè)小孩跳下后未墜地便消失，而前后的小孩都正常著地，傳言說(shuō)這個(gè)小孩是經(jīng)過(guò)蟲(chóng)洞落到了別的地方，這個(gè)蟲(chóng)洞就是“歐幾里德蟲(chóng)洞”。雖然我們暫時(shí)無(wú)法證明傳言的真?zhèn)?，但通過(guò)“歐幾里得蟲(chóng)洞”到未來(lái)去觀(guān)光也是令人神往的事情。不過(guò)，我們還不要高興得太早，因?yàn)槿祟?lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)才剛剛開(kāi)始。

撐開(kāi)蟲(chóng)洞的異常物質(zhì)

天文學(xué)家薩根的科幻小說(shuō)《接觸》，敘述了一個(gè)女主角落入地球附近的一個(gè)黑洞，那個(gè)黑洞內(nèi)部連著穿越空間的時(shí)空隧道，一個(gè)小時(shí)后，女主角到達(dá)隧道的另一個(gè)出口，該出口位于織女星附近，距離我們地球26光年。

薩根把有關(guān)內(nèi)容告訴了他的好友，著名的相對(duì)論專(zhuān)家索恩，索恩認(rèn)為黑洞內(nèi)部不穩(wěn)定，即使存在時(shí)空隧道，稍有擾動(dòng)也會(huì)立即封閉，所以飛船不可能通過(guò)，因而黑洞不能作為星際航行的時(shí)空通道。

▲ 根據(jù)薩根的科幻小說(shuō)《接觸》拍攝的電影《接觸》

然而，小說(shuō)的情節(jié)深深地打動(dòng)了索恩，他和他的學(xué)生莫里斯開(kāi)始研究是否有可穿越的時(shí)空隧道。經(jīng)過(guò)研究表明，在一定條件下有可能存在“時(shí)空隧道”，這種隧道就是洛倫茲蟲(chóng)洞。索恩研究發(fā)現(xiàn)，洛倫茲蟲(chóng)洞需要由異常物質(zhì)來(lái)?yè)伍_(kāi)，這種異常物質(zhì)的平均能量密度為負(fù)，而且會(huì)產(chǎn)生巨大的張力。

撐開(kāi)一個(gè)半徑1厘米的蟲(chóng)洞，需要一個(gè)地球質(zhì)量的異常物質(zhì)；撐開(kāi)一個(gè)半徑1公里的蟲(chóng)洞，需要一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的異常物質(zhì)。另外，通過(guò)蟲(chóng)洞的航天員會(huì)受到異常物質(zhì)產(chǎn)生的巨大張力，這種張力足以把原子扯碎。張力與蟲(chóng)洞半徑的平方成反比。

▲ 內(nèi)部存在巨大張力的蟲(chóng)洞

目前研究結(jié)果表明，當(dāng)蟲(chóng)洞半徑小于1光年時(shí)，異常物質(zhì)產(chǎn)生的張力比原子不被破壞的最大張力還大，所以，作為星際航行通道的蟲(chóng)洞，其半徑至少要大于1光年。飛船是否可以通過(guò)洛倫茲蟲(chóng)洞，在很大程度上決定于物理學(xué)是否允許異常物質(zhì)的存在，而且是最大的異常物質(zhì)的存在。

蟲(chóng)洞理論的產(chǎn)生

當(dāng)阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在思考黑洞時(shí)，尋求了天文學(xué)家卡爾·史瓦西的幫助，得到了愛(ài)因斯坦方程的史瓦西解，可以簡(jiǎn)單解釋為：對(duì)于一個(gè)特定的質(zhì)量存在一個(gè)臨界半徑，如果把這個(gè)質(zhì)量壓縮到臨界半徑，就會(huì)發(fā)生坍縮。而史瓦西在對(duì)黑洞進(jìn)行計(jì)算時(shí)，得出的不是一個(gè)解，而是一對(duì)解。類(lèi)似于二次方程的正負(fù)根，可以解釋為描述黑洞的方程式可以顛倒過(guò)來(lái)，即描述奇點(diǎn)的物體的擴(kuò)張，由此產(chǎn)生白洞的理論。在物理學(xué)家分析黑洞與白洞時(shí)，利用愛(ài)因斯坦理論開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，便可產(chǎn)生一種特定的蟲(chóng)洞。蟲(chóng)洞連接著黑洞與白洞，在兩者之間進(jìn)行物質(zhì)傳輸，所以蟲(chóng)洞也被稱(chēng)為“灰道”。

在天文學(xué)上，關(guān)于蟲(chóng)洞的存在還沒(méi)有在宇宙中尋找到任何依據(jù)，但蟲(chóng)洞給了我們穿越時(shí)空旅行帶來(lái)了希望，如從同一宇宙中一處穿越至另一處，從一個(gè)宇宙穿越到另一個(gè)宇宙，或從現(xiàn)在穿越到過(guò)去或者將來(lái)。所以，科學(xué)家們將會(huì)堅(jiān)持不懈地繼續(xù)去努力探尋蟲(chóng)洞和制造時(shí)空隧道的方法，同時(shí)，探尋時(shí)空隧道存在和制造時(shí)空隧道的可能性，也對(duì)我們深入理解宇宙有重大的幫助?！?/p>