蟲洞是連接不同宇宙的「管道」, 連接同一宇宙不同部分的「手柄」

  什麼是蟲洞

  在我們已知的理論中，黑洞有著強大的吸引力。在黑洞附近的物質都會被吸入黑洞內部，永遠無法逃出來。假設我們將黑洞當做一個入口，那麼與之對應的，應該有一個只向外釋放卻不用吸收的出口，也就是白洞。黑洞與白洞之間，有一個被稱作蟲洞的聯通結構。有的科學家提出了一種猜想，即黑洞與白洞碰撞時會生成蟲洞，二者通過蟲洞彼此連接，物質由蟲洞在黑洞和白洞之間傳遞。在這個猜想中，蟲洞的本質就成了一個阿爾伯特·愛因斯坦-羅森橋，物質在黑洞中坍縮至極限而被分解成基本粒子，這些基本粒子再穿過蟲洞來到白洞中，並被再次釋放到宇宙空間。

  最初，科學家是在對史瓦西解的研究中第一次提出了蟲洞的概念。物理學家在對史瓦西解的白洞解進行分析時，使用了愛因斯坦的思想實驗，提出宇宙時空本身並不平坦的假說。一旦一個恆星坍縮成為黑洞，那麼在史瓦西半徑內，也就是在視界範圍內，黑洞的時空與原來的時空相垂直。如果宇宙的時空自身並不平坦，那麼這種垂直結構帶來的就是黑洞視界內的某個部分會與宇宙中的另一個部分連接在一起，並形成一個空洞。這個洞既可以是黑洞，也可以是白洞。這個不平坦的視界就是一種蟲洞，科學家稱之為史瓦西喉。

  蟲洞到底是什麼東西呢？蟲洞可以簡單地看做一個連接宇宙各個不同區域的時空管道。這種管道連接了可能存在的平行宇宙，並為時光旅行提供了依據。科學不斷向前發展，一些新的研究成果表明，蟲洞雖然具有很強的力場，但是宇宙中存在的一種負質量能夠中和蟲洞的強力場，從而使蟲洞達到穩定的狀態。科學家認為，物質能夠產生能量，那麼宇宙中存在的反物質就能夠產生負能量，這個能量能夠中和它周圍的正能量。負能量在過去曾經只在理論中存在，但是現在，很多科研機構已經通過實驗證明了負能量的存在，甚至還在太空中通過航天器發現了一些負能量已經通過實驗證明了負能量的存在，甚至還在太空中通過航天器發現了一些負能量的痕迹。

  關於蟲洞的研究還只停留在起步階段，但是這一研究如果能夠取得一定的成果，那麼帶來的回報是不可估量的。如果蟲洞最終被認為是存在的，那麼人類就要重新考慮自己在宇宙中的地位了。當前，人類只能停留在地球上，要想到達最近的星系，使用現在的技術手段都需要長達數百年的時間。如果未來能夠通過蟲洞在宇宙中穿梭，那麼到達宇宙中另一個遙遠的地方，只是一瞬間的事。

  蟲洞是連接不同宇宙的「管道」，或連接同一宇宙不同部分的「手柄」。蟲洞的概念使得單連通的時空變成了多連通的時空。蟲洞分為可通過的蟲洞和不可通過的蟲洞。可通過的蟲洞有洛倫茲蟲洞和歐幾里得蟲洞。

  洛倫茲蟲洞能夠存在一段時間，管道是真實存在的，當出現洛倫茲蟲洞時，我們就會在天空中看到一個球，這個球就是洞口，通往其他宇宙，或是我們所在的宇宙中的另外一個地方，又或者通往未來或過去。

  還有一種蟲洞是看不見洞口的，它瞬時產生，可以瞬時通過，通過時花費的是虛時間。或者說，當它產生時，它接觸到的事物就會消失，同時在其他地方或其他時間出現。然而科學家認為，這種蟲洞無法通過太大的物體，只能通過基本粒子。

  蟲洞的概念是愛因斯坦首先提出來的。愛因斯坦的廣義相對論提出后，1916年，德國天文學家史瓦西為廣義相對論得出了一個嚴格的解——史瓦西解，這個解說明了一個靜態的不隨時間變化的球對稱的時空是怎麼彎曲的。1935年，愛因斯坦和助手羅森發現史瓦西解中存在著一個洞，於是將其命名為「愛因斯坦-羅森橋」，顯示為兩個宇宙之間有一個連接通道，只有超光速的東西可以通過，但我們知道，超光速的物體和信號都是不存在的，因此這是不可穿越的通道。1957年，惠勒和他的學生米斯納首次提出「蟲洞」這個名稱，但依然認為蟲洞是不可穿越的，需要超光速才能通過。

  1985年，天文學家薩根寫了一本小說叫做《接觸》，講述人類通過時空隧道到織女星旅行。這是首次提出可以穿越的蟲洞。他起初用黑洞作為時空隧道，他的朋友索恩（惠勒的學生）認為不可行，建議他改用「蟲洞」。此後，大量小說、電影描述通過時空隧道（洛倫茲蟲洞、歐幾里得蟲洞）或製造「時間機器」，前往未來、過去、遠方。

  真正關於蟲洞的科學研究是從1988年開始的，索恩和毛瑞斯等人在美國物理學雜誌上發表了一篇名為《時空中的蟲洞及其在星際旅行中的用途》的文章。此後，霍金等很多科學家開始研究蟲洞。量子理論認為，有可能存在蟲洞，能夠改變時空拓撲，但「時間機器」不一定能被製造出來。霍金認為，一旦製造「蟲洞」或改變「時空拓撲」，那麼必定會出現閉合類時線，此類時線就是四維時空中的一個曲線。舉例來說，一個人站在原地，那麼他在三維空間當中一定是一個點，空間位置不動，與時間軸平行，呈現出一條直線，也就是世界線；如果他勻速運動，那麼就會呈現出一條斜線，如果變速運動就會是曲線。這種曲線只要是描述亞光速運動的，就叫類時線，如果是描述光速運動的，就叫類光線，如果是超光速的，就叫類空線。類空線不能傳遞信號，也不能通過物體，所以科學界更感興趣的是類時線和類光線。霍金所說的閉合類時線是指類時線轉一圈又回到原點，這個原點不僅是空間的原點，同時也是時間的原點。

  最初對時間和空間的研究是從牛頓開始的，牛頓認為，時間是一條河流，永遠不停地流逝，也就是絕對的空間和絕對的時間。愛因斯坦的狹義相對論認為，時間和空間是一個整體，時空是不可分割的，廣義相對論認為時空是彎曲的，但基本還是一個平面。然而量子論認為，時空猶如海面，存在漲落和泡沫，遠看是平的，近看有波浪，再近看有泡沫和浪花。在宇宙誕生初期，劇烈的時空漲落有可能形成拓撲複雜的時空結構——泡沫和浪花，即有可能形成蟲洞，保留至今，並被放大。

  如今經過科學研究發現，要想維持蟲洞，就必須要有負能量，也就是質量為負的負能物質，負能物質的加速方向與施力方向相反，目前在宏觀上還沒有發現負能物質。負能物質不是反物質，也不是暗物質或暗能量。反物質是指構成原子的原子核是由反質子和反中子組成的，反質子也是一種質子，只不過帶的是負電，圍繞它轉的是正電子；暗物質是正能量的，能夠產生萬有引力；暗能量雖然有排斥效應，但這種排斥效應不是因為它本身的能量是負的，而是因為它的壓強是負的，它本身的質量還是正的。

  但我們是不是絕對沒有見過負能量呢？答案是否定的。負能量也被稱作卡西米爾效應。荷蘭物理學家卡西米爾提出一個觀點，在真空中平行放置兩塊金屬板，就會發現金屬板之間存在吸引力，使得兩塊金屬板往中間靠，而且這兩塊金屬板是絕對不帶電的，那麼吸引力從何而來呢？這是因為，兩塊金屬板放入真空后，就相當於把真空挖了兩個洞，真空的拓撲結構就變化了，真空並不是絕對平靜的，會不斷地產生虛的粒子對，同樣會產生虛光子，虛光子不斷地產生和湮滅，當虛光子產生在兩塊金屬板之間，由於光子是電磁波，電磁場在金屬板上強度必須是零，因此必定會形成駐波，這樣一來，兩個金屬板之間的虛光子就必定形成駐波，限制了兩板之間虛光子的數量，而金屬板外部的虛光子是不限數量的，這就形成了數量差導致的壓力。這兩塊金屬板之間的物質，能量就是負的，因為真空是能量的零點，所以金屬板外部的真空都是能量為零的，兩塊金屬板之間的真空由於虛光子數量少了，因此能量低於真空的能量，這就是負能量。但這種負能量太弱了。

  黑洞附近也有負能量，同樣很弱。可是撐開蟲洞所需要的負能量太大了，撐開一個半徑1厘米的蟲洞，需要一個地球質量的負能物質；撐開一個半徑1千米的蟲洞，需要一個太陽質量的負能物質；撐開半徑1光年的蟲洞，需要大於銀河系發光物質總質量100倍的負能物質。

  而且，蟲洞不能太小，因為蟲洞內部有張力，如果蟲洞太小，就會把通過其中的物質撕碎。張力與蟲洞半徑的平方成反比，張力=物質能承受的最大張力/（以光年為單位的蟲洞半徑）2，半徑小於1光年的蟲洞，張力比原子不被破壞的最大值還大，因此不能作為星際航行的通道。