神秘的虫洞

黄志明/文



神秘的虫洞

黄志明/文

爱因斯坦

电影《星际穿越》海报

虫洞，虫子蛀的洞吗？

不，此虫洞非彼虫洞！

细心的同学也许会发现，近些年来，科幻作品中好像充满了穿越虫洞旅行的故事。不知什么时候，虫洞已经悄悄取代了无限深渊的黑洞，成为科幻作品的新宠儿了。不信你看，在《来自星星的你》中，虫洞是都教授最后居住疗伤的场所；而在《星际穿越》中，虫洞又是连接宇宙另一端的通道……

虫洞真神奇，按照这些科幻作品来说，虫洞可谓无所不能啊！

可是，虫洞到底是什么呢？

虫洞是物理学家阿尔伯特·爱因斯坦和纳森·罗森根据猜想运用广义相对论理论提出的一种能穿越时空的“桥”。这些通道，叫做爱因斯坦-罗森桥或时光虫洞，它们是连接时空中不同的两点，理论上创造了一种可以减少旅行时间和距离的捷径。虫洞包括两个开口和连接两个开口的“喉”，开口有很大可能性为球状。“喉”可能是沿直线伸展的，但也可能绕几圈。

那么，虫洞为什么叫虫洞呢？

从苹果表面的一个点到另一个点，走的是一条弧线，但假如有一条虫子在两点之间蛀出一条通道爬过去，就可以走距离短得多的直线了。而我们所在的三维宇宙，就像是苹果的表面。当然，这个形象的概念，是在1957年正式诞生的，1985年首次出现在科幻小说《接触》中，这部大名鼎鼎的小说后来被拍成了电影。值得一提的是，正是《接触》的流行，物理学家开始对虫洞产生兴趣，并进行了更深入的研究。

虫洞模拟图

爱因斯坦

电影《星际穿越》剧照

利用虫洞的特性，我们就有可能在较短的时间内完成远距离的空间旅行，或者进行时间旅行。

在电影《星际穿越》中，我们就看到这样的故事了：未来地球已经被狂躁的沙尘暴摧毁了，人类面临生存大危机。于是宇航员库珀便奉命飞往外太空，通过土星附近的一个虫洞飞往宇宙的另一端，想要寻找适合人类居住的新星球。电影中，土星旁边那个美丽的球状物体就是虫洞。因为宇宙过于广阔，从地球到达新的星球，仅仅靠超越光速的飞船还不够，还需要一个扭曲时空的虫洞，以便快速到达宇宙的另一端。

问题来了，为什么虫洞能缩短路途呢？

原来，虫洞是在广义相对论中容许存在的一种特殊结构，它可以把时空中的两个点直接连接起来，不管这两点在空间距离上或时间间隔上相距多远。对它的简单理解，就如同一张纸上相隔较远的两个点，通过折叠将两点重合在一起。因此，通过虫洞我们就能快速穿越了。

不过，人类到现在还没有在天文观测中找到虫洞存在的证据，在理论上，也还存在各种各样的困难。虽然一个虫洞的开口可能是一个虫洞，但是，一个自然出现的、恒星死亡塌缩形成的黑洞，是不会自行生成一个虫洞的。因为制造和维持虫洞需要具有负能量的物质，而负能量的东西是很难产生的。加上进入黑洞就会杳无音信，所以也无法通过黑洞探测虫洞的存在。

黑洞模拟图

黑洞模拟图

或许在浩瀚宇宙的某个角落里存在着天然的虫洞，我们姑且假设在未来的某一天，人类真的建造或者发现了一个半径为1千米的虫洞，这样我们是否就可以利用它来进行星际旅行了呢？

初看起来，半径为1千米的虫洞似乎足以满足星际旅行的要求了，因为这样的半径在几何尺度上已经足以让相当规模的星际飞船通过了。看过科幻电影的人可能对星际飞船穿越虫洞的特技处理留有深刻的印象。从屏幕上看，飞船周围充斥着由来自遥远天际的星光和辐射组成的无限绚丽的视觉幻象，看上去飞船穿越的似乎是时空中的一条狭小的通道，但实际情况远比这种幻想来得复杂。

事实上，为了能让飞船及乘员安全地穿越虫洞，几何半径的大小并不是星际旅行家所面临的主要问题。因为物质在通过像虫洞这样空间结构高度弯曲的区域，就会遇到一个十分棘手的问题，那就是张力。这是由引力场在空间各处的分布不均匀造成的，它的一种大家熟悉的表现形式就是海洋中的潮汐。由于这种张力的作用，当星际飞船接近虫洞时，飞船上的乘员会渐渐感觉到自己的身体在沿虫洞的方向上有被拉伸的感觉，而在与之垂直的方向上则有被挤压的感觉。这两种感觉便是由虫洞引力场的不均匀造成的。一开始，这种张力只是使人稍有不适而已，但随着飞船与虫洞的接近，这种张力会迅速增加。当飞船飞到这种张力已经超出了人体所能承受的极限时，如果飞船还不赶紧折回，所有的宇航员都将在致命的张力作用下丧命。再往前飞一段距离，飞船本身将在可怕的张力作用下解体，而最终，疯狂增加的张力将把已经成为碎片的飞船及乘员撕成一长串亚原子粒子。从虫洞另一端飞出的就是这一长串早已无法分辨来源的亚原子粒子！什么是亚原子粒子？看科幻电影中，一个人幻化成的五彩粒子飘散，那就是亚原子粒子。

这就是星际探险者试图穿越半径为1千米的虫洞将会遭遇的结局。半径1千米的虫洞不是旅行家的天堂，而是探险者的地狱。

如今，在物理学意义上的虫洞有着多种模型，而在科幻小说和影视中，虫洞大都是以交通要道的面目出现的。这样的设定，表现了人们探索的欲望和对星空的向往。古往今来，人类一直在不断开拓自己的领地，向着未知的远方进发。我们的脚步，从非洲的一个原始部落迈出，踏遍了一块大陆，再跨越海洋或天空，覆盖了整个地球，最终将目光投向了浩渺宇宙。

从这个意义上来说，虫洞不仅仅是一条捷径，更代表了一个梦想。它所通往的，不仅仅是明确的目的地，更是无限新奇的未知世界。

亚原子粒子模拟图