尋找看不見的“彩虹橋”

呂默默

夏日雷雨過后，偶爾會見到一彎彩虹像拱橋般掛在天空中，這是因空氣中的水滴折射陽光形成的自然美景。在漫威電影《雷神》中也有一座彩虹橋，通過這座彩虹橋可以穿越超遠的宇宙空間，到達地球。

其實早在幾十年前，科學家已構架了這樣一座“彩虹橋”，不同的是，在科學家的設想中，這是一個“彩色”的蟲洞。

蟲洞是愛因斯坦的廣義相對論中所預言的，但到目前為止，我們還沒有發現任何蟲洞的蹤跡。那么，如果宇宙中真的存在蟲洞，我們要怎樣才能發現它們呢？別急，科學家最近有了新發現。

蟲洞的一半是黑洞

蟲洞到底是個啥？我們需要把蟲洞“切開”來說，首先，它的二分之一是黑洞。

“黑洞”這個詞兒出現的時間其實也才50年，黑洞的“發明者”是德國天體物理學家卡爾-史瓦西，他曾根據愛因斯坦廣義相對論的引力方程進行計算，指出當一顆恒星發生引力坍縮、收縮到一定半徑的時候，就會變成黑洞（當時還不叫這個名字，“黑洞”—詞直到1967年才出現）。

這個半徑被后人稱為“史瓦西半徑”，其大小取決于天體的質量。其實不只是宇宙里的天體，任何物體，只要有質量，當其半徑收縮小于史瓦西半徑時，就會變成一個黑洞。例如把和地球同樣質量的物體壓縮到半徑只有9毫米時，黑洞就產生了。

愛因斯坦對于蟲洞的貢獻并不僅僅在于幫助推導出了黑洞的理論，他還與朋友羅森塔爾共同做過一個研究，發現廣義相對論方程中有解可以支持蟲洞存在，所以蟲洞本來的名字應該叫愛因斯坦一羅森塔爾橋。但蟲洞并不僅僅只有一種模型。

第一種蟲洞模型——雙黑洞

黑洞的引力過于強大，以至于任何物質和能量都無法從黑洞表面逃脫，包括可以1秒跑30萬千米的光。

無比強大的引力使得黑洞周圍的空間變得極度扭曲，具體表現就是在宇宙“幕布”上形成一個漏斗體。如果存在兩個黑洞在空間彎曲之后，彼此的底端恰好連在了一起，就形成了—種奇怪的蟲洞。

在這樣的蟲洞模型里，從A黑洞進入，穿越其底部到達B黑洞的底部，就等于從A黑洞所在的空間直接“穿越”到B黑洞所在的空間了。難道這就是科幻電影、小說里出現過的可以穿越宇宙空間的“彩虹橋”？別急，這里有個致命的缺陷，黑洞有著巨大無比的引力，就連宇宙速度之王——光都不能從其表面逃離，那飛船和人怎么辦呢？

另—種蟲洞模型·—黑洞、白洞的親密接觸

假若我們可以安全地從A黑洞進入，并且很幸運地穿越了兩個黑洞的接口，到達了B黑洞底端，那么如何從B黑洞表面沖出去呢7愛因斯坦相對論是個寶藏。研究者后來發現，其實廣義相對論還有另一個推論——白洞，跟沒完沒了地往肚子里“吸”東西的黑洞正好相反，它是個慷慨的家伙，會沒完沒了地往外邊“吐”東西。

于是，就有了蟲洞的另一個模型：如果A黑洞的底部跟C白洞的底部相連，這樣形成的蟲洞就不存在第一種模型的尷尬了。宇宙飛船從A黑洞進去，順利地被吸引到底部，通過A黑洞與C白洞的連接處，再進入C白洞這個“慷慨過頭的家伙”，然后宇宙飛船會被以極快的速度“吐”出來，如此就可以實現穿越大范圍的宇宙空間了。這樣的蟲洞正是我們迫切需要的。

尋找蟲洞

既然蟲洞理論上成立，為何科學家不能試著去尋找一番呢？這其中有不少難題。

首先，我們需要解決尋找黑洞的問題。這個家伙不發光，幾乎也不發射任何宇宙射線，想要發現它很難。但在北京時間2019年4月10日晚9時許，包括中國在內，全球多地天文學家同步公布首張黑洞真容照片。這一由200多名科研人員歷時十余年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的視覺證據，證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。

黑洞找到了，白洞呢？

引力波的發現和黑洞照片的公布，說明科學家已經找到了一些尋找黑洞的方法。可尋找白洞卻一直沒有什么進展，這的確是個難題。

20世紀60年代后，隨著探測技術的發展，科學家在太空中發現了許多宇宙高能射線的爆發，包括不少X射線、y射線、超新星的爆發。這些爆發有的可以找到源頭，有的則無法解釋。蘇聯科學家諾維科夫和以色列科學家尼也曼因此提出了一個白洞的模型，這也是最早的白洞模型。

白洞和黑洞都是密度超高的物體，通俗點說，就是體積不大但質量超大，但這兩個家伙的特性不同。從現象上來說，白洞是黑洞的反面，只吐不吃，按理說找這種白洞比找黑洞簡單得多，但要分辨并證實一個天體是不是白洞還是很難的，因為在宇宙中有不少向外發射能量和輻射的天體。準確地說，白洞其實是黑洞反推的結果，如果黑洞確實存在，白洞有什么理由不存在呢？

可惜白洞這個更奇怪的家伙至今沒有被直接或者間接觀測到，只是相對論方程的一個解所推出來的模型。所以，雖然理論上有依據，但現實中的蟲洞穿越宇宙空間還只是個傳說。

探索還在繼續

最近，科學家又找到了其他方法間接去尋找蟲洞，通過環繞黑洞或者白洞的恒星軌道來判斷附近是否有二者存在。圍繞著黑洞一白洞模型的恒星軌道可能與圍繞單純黑洞的恒星軌道略有不同。如果在這樣的模型另一邊的白洞也存在一顆圍繞著它旋轉的恒星，那么那顆恒星的引力會通過蟲洞拖曳這邊的這顆恒星，導致這顆恒星的軌道有所偏離。

研究人員建議，我們可以監測隱藏在銀河中心的超大質量黑洞——Sgr A*。因為多年來，科學家一直在觀測Sgr"附近的一顆名為SO-2的恒星。如果附近有蟲洞存在，這顆SO-2恒星就會受到蟲洞另一邊的恒星所產生的引力的影響，SO-2會輕微地偏離它的軌道。

但這很難，由于目前的觀測技術還不夠靈敏，我們還無法進行這樣的探測。即使能證實那里存在蟲洞，跨越數萬光年的距離到達那里也是個巨大的問題。另外，即使在太陽系附近發現了蟲洞，以人類現有的技術，想制造出能夠抵抗蟲洞巨大的引力撕扯的飛船，仍舊非常困難。

有科學家預測，我們也許找錯了方向，蟲洞可以有很多模型，有的遠沒有那么復雜，就如同加拿大科幻作家羅伯特·索耶的小說《星叢》描述的蟲洞一般，或許只有我們碰觸到才能被激活。

看不見的“彩虹橋”是人類通往繁星的一條捷徑，但尋找捷徑并不是一件容易的事情。科學家仍在努力讓我們飛向宇宙。

（責任編輯：白玉磊責任校對：趙夢祺）