制造一個蟲洞，或許需要這兩座“橋”

　　若干年后，你終于攢足首付買到了自己心儀的宇宙飛船，迫不及待地想要遨游在銀河之間。但馬上，你發(fā)現(xiàn)了一個嚴峻的問題：宇宙太大了，即使以光速飛行，從太陽系抵達最近的恒星，也要超過4年的時間。

　　這時，你想到了蟲洞。在科幻作品中，蟲洞是一種跨越時空的“橋梁”，可以讓你跳過太空旅行中漫長的時間，以極快的速度抵達目的地。拋開科幻作品不談，在真實世界中，我們如何才能制造一個蟲洞？

　　愛因斯坦—羅森橋

　　根據(jù)愛因斯坦廣義相對論，引力本質上并不是一種力，而是宇宙中因物質分布而帶來的時空曲率。物質決定了時空如何扭曲，而扭曲的時空又決定了物質將如何運動。我們無法在宇宙中以超光速運動，卻能在時空的不同區(qū)域建造隧道，這種時空隧道就是愛因斯坦—羅森橋，它有一個更為人所熟知的名字——蟲洞。

　　如果想搭建蟲洞，我們需要將能量和物質按特定的方式排列起來，使時空彎曲，確保時空隧道能夠出現(xiàn)。而廣義相對論方程的解告訴我們，蟲洞作為一種異常現(xiàn)象，誕生于怪異的黑洞中。

　　黑洞是廣義相對論方程的奇點。在廣義相對論中，當物質被擠壓到極高的密度，以至于任何相互作用都不能抵擋這些物質對時空造成的扭曲，黑洞便不可避免地產生了。黑洞的邊界被稱為事件視界，事件視界范圍內，就連光也無法逃逸。

　　但黑洞并不是唯一的奇點。廣義相對論方程同樣允許完全相反的奇點存在，也就是白洞。白洞的中心同樣有一個奇點，但它的事件視界方向和黑洞相反，任何物質都無法進入白洞，而白洞內的任何物質在形成時就會以超光速被拋離出去。

　　從數(shù)學上看，白洞會在黑洞產生時自然形成，而一對相連的黑洞和白洞會自動形成一個蟲洞。

　　但是，用這種辦法建造蟲洞還有兩個小問題。

　　首先，自然中幾乎不可能存在白洞。因為白洞太過活躍，高度不穩(wěn)定。白洞的事件視界一直在不斷向外輻射物質。由于白洞在廣義相對論方程上和黑洞完全等價，只有事件方向相反，因此演化過程中的白洞看起來會是黑洞演化過程的倒放。所以，白洞最終會演化至黑洞演化的起點——一顆恒星。這違反了熱力學第二定律，所以白洞這一選項被排除了。

　　就算真的能構建一對黑洞和白洞，那么它們兩者之間形成的蟲洞入口只會位于黑洞事件視界之內，你必須進入黑洞才能實現(xiàn)蟲洞之旅。但黑洞的性質決定了物體一旦進入黑洞，就永遠無法離開，你會被黑洞中心奇點周圍巨大的引力梯度撕碎。

　　莫里斯—索恩橋

　　所以，如果想通過蟲洞進行星際旅行，光構建一個蟲洞還不夠，我們還必須保證人類能從這個蟲洞穿越過去。還好，廣義相對論方程允許我們把蟲洞的入口“放”到黑洞事件視界之外，但代價就是這樣的蟲洞極不穩(wěn)定，哪怕只有一個光子穿越蟲洞，整個蟲洞的時空結構就會立即以超光速坍塌。

　　1988年，物理學家邁克爾·莫里斯和基普·索隆發(fā)現(xiàn)了構建穩(wěn)定、可用、可供穿越的蟲洞的方法，被稱為莫里斯—索恩橋。但在他們的條件下，蟲洞必須是由“負物質”或者說“奇異物質”構成。

　　“負物質”不是電荷與正常物質相反的反物質，也不是看不見卻能提供引力的暗物質，而是質量為負的物質。在蟲洞方程中引入負質量，可以消除蟲洞的不穩(wěn)定性，同時又可以讓蟲洞的入口膨脹到足夠大，足以讓宏觀物體穿越蟲洞。

　　但負質量的物質又是什么呢？

　　我們在宇宙中還沒有發(fā)現(xiàn)負質量的物質。這種物質的性質非常奇怪，當它受力時，根據(jù)動力學方程，它會朝著力的反方向運動。這完全顛覆了我們對物理學的理解。

　　根據(jù)愛因斯坦質能方程，能量和質量本質上是等價的。雖然我們沒能在宇宙中找到負質量物質，但負能量卻是真實存在的。真空中，兩塊相距很近的板之間會因為真空零點能的漲落產生一定的引力，這個過程中的真空能漲落，就可能導致負能量密度的出現(xiàn)，這被稱為卡西米爾效應。

　　在有負能量的地方，就有可能建立穩(wěn)定的、可供穿越的蟲洞。但目前我們的負能量實驗局限于納米尺度，想要建造真正可用的蟲洞，或許還要寄希望于量子引力。

　　廣義相對論告訴我們蟲洞可能存在，并且能保持穩(wěn)定，能讓物質穿越過去，但前提是允許負能量（負質量物質）的存在。而量子力學告訴我們如何產生負能量，但這種效應只有在微觀尺度下才能存在。想要獲得真正可用的蟲洞，或許我們首先要解決的問題是建立量子引力理論。（據(jù)環(huán)球科學公眾號）