【虫洞】 (第2/3页)

当然，狄拉克在芬克尔斯坦参照系的基础上，发现了参照系的选择可以帮助我们更容易或者难地来分析物理问题。同样的，负能量在狄拉克的另一个参照系中，是非常容易实现的，因为能量的表现形式和观测物体的速度有关。这个结论在膜规范理论中同样起到了十分重要的作用。根据参照系的不同，负能量是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候，在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞，而速度离光速太大，那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。

    但是虫洞并没有这么太平。前面说的是在安静的相对论中的虫洞，在暴躁的量子理论中，虫洞的性质又有了十分重要的变化。

    我们先来看在黑洞中的虫洞，也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。

    黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下，会被黑洞的引力能“喂”大，成为十分的能量辐射。这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。

    在没有黑洞包围的虫洞中，由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”，虫洞本身也不可能开启太久。虫洞有很大几率被随机打开，但是有更大的几率突然消失。虫洞打开的时间十分短，仅仅是几个普朗克时间。在如此短的“寿命”中，即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途，而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失，成为真正的四维时空组旅行者。

    而且，在没有物体通过虫洞的时候，虫洞还比较“长寿”，而一旦有物体进入了虫洞，如果这个物体是负能量的，那么还好，虫洞会被撑开；但是如果物体是正能量的，那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉。而在宇宙中，几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落，而这些辐射都是正能量的，因此几乎可以肯定，在自然情况下是不存在虫洞的。

    旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞，你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来。这样的黑洞和白洞的组合叫做虫洞。

    白洞有可能离黑洞十分远；实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”--那就是，一个时空区域，除了虫洞本身，完全和我们在的区域没有连接。一个位置方便的虫洞会给我们一个方便和快捷的方法去旅行很长一段距离，甚至旅行到另一个宇宙。或许虫洞的出口停在过去，这样你可以通过它而逆着时间旅行。总的来说，它们听起来很酷。

    但在你认定那个理论正确而打算去寻找它们之前，你因该知道两件事。首先，虫洞几乎可以肯定不存在。正如我们上面我们说到白洞时，只因为它们是方程组有效的数学解并不表明它们在自然中存在。特别的，当黑洞由普通物质坍塌形成（包括我们认为存在的所有黑洞）并不会形成虫洞。如果你掉进其中的一个，你并不会从什么地方跳出来。你会撞到奇点，那是你唯一可去的地方。

    还有，即使形成了一个虫洞，它也被认为是不稳定的。即使是很小的扰动（包括你尝试穿过它的扰动）都会导致它坍塌。

    最后，即使虫洞存在并且是稳定的，穿过它们也是十分不愉快的。贯穿虫洞的辐射（来自附近的恒星，宇宙的微波背景等等）将蓝移到非常高的频率。当你试着穿越虫洞时，你将被这些X射线和伽玛射线烤焦。虫洞的出现，几乎何以说是和黑洞同时的。

    物理学家一直认为，虫洞的引力过大，会毁灭所有进入它的东西，因此不可能用在宇宙旅行之上。

    黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接，当然，这种连接无论是如何的将强，它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。

    虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具，它还开宇宙的正常时空中出现，成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道。

    虫洞没有视界，踏有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和超空间连接，但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切，在虫洞的问题中，它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切，在这里时空曲率不是无限大。因而我们现在可以安全地通过虫洞，而不被巨大的引力所摧毁。

    虫洞的存在，依赖于一种奇异的性质和物质，而这种奇异的性质，就是负能量。只有负能量才可以维持虫洞的存在，保持虫洞与外界时空的分解面持续打开。

    根据参照系的不同，负能量是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候，在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞，而速度离光速太大，那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。

    我们先来看在黑洞中的虫洞，也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。

    黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下，会被黑洞的引力能“喂”大，成为十分的能量辐射。这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。

    在没有黑洞包围的虫洞中，由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”，虫洞本身也不可能开启太久。虫洞有很大几率被随机打开，但是有更大的几率突然消失。虫洞打开的时间十分短，仅仅是几个普朗克时间。在如此短的“寿命”中，即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途，而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失，成为真正的四维时空组旅行者。

    而且，在没有物体通过虫洞的时候，虫洞还比较“长寿”，而一旦有物体进入了虫洞，如果这个物体是负能量的，那么还好，虫洞会被撑开；但是如果物体是正能量的，那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉。而在宇宙中，几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落，而这些辐射都是正能量的，因此几乎可以肯定，在自然情况下是不存在虫洞的。

    虫洞的自然生产机制

    虫洞的自然产生机制有两种：

    其一，是黑洞的强大引力能；

    其二，是克尔黑洞的快速旋转，其伦斯——梯林效应将黑洞周围的能层中的时空撕开一些小口子。这些小口子在引力能和旋转能的作用下被击穿，成为一些十分小的虫洞。这些虫洞在黑洞引力能的作用下，可以确定它们的出口在那里，但是现在还不可能完全完成，因为量子理论和相对论还没有完全结合。

    个人假设

    I、虫洞像河流，通过的物体像船，船顺河而下；

    虫洞体像一个圆柱形磁铁，强力的类磁力线在入口处将通过的物体分解，以波的形式在柱心管道运行，在出口处还原。通过的物体类似一个障碍，造成波的某一部分形变，然后这个形变推移到出口。

    可能还涉及到横波、纵波，波的反射、折射、衍射，物质的不均匀、空间的不规则，如同水中气泡般的宇宙空洞。

    虫洞:旅行家的天堂还是探险者的地狱？

    一.星空，最后的前沿

    探索星空是人类一个恒久的梦想。在晴朗的夜晚，每当我们仰起头来，就会看到满天的繁星。自古以来，星空以它无与伦比的浩瀚、深邃、美丽及神秘激起着人类无数的遐想。著名的美国科幻电视连续剧《星际旅行》(StarTrek)中有这样一句简短却意味无穷的题记：星空，最后的前沿(Space,thefinalfrontier)[注一]。当我第一次观看这个电视连续剧的时候，这句用一种带有磁性的话外音念出的题记给我留下了令人神往的印象。

    在远古的时候，人类探索星空的方式是肉眼，后来开始用望远镜，但人类迈向星空的第一步则是在一九五七年。那一年，人类发射的第一个航天器终于飞出了我们这个蓝色星球的大气层。十二年后，人类把足迹留在了月球上。三年之后，人类向外太阳系发射了先驱者十号深空探测器。一九八三年，先驱者十号飞离了海王星轨道，成为人类发射的第一个飞离太阳系的航天器[注二]。

    从人类发射第一个航天器以来，短短二十几年的时间里，齐奥尔科夫斯基所预言的“人类首先将小心翼翼地穿过大气层，然后再去征服太阳周围的整个空间”就成为了现实，人类探索星空的步履不可谓不迅速。但是，相对于无尽的星空而言，这种步履依然太过缓慢。率先飞出太阳系的先驱者十号如今正在一片冷寂的空间中滑行着，在满天的繁星之中，要经过多少年它才能飞临下一颗恒星呢？答案是两百万年！那时它将飞临距离我们六十八光年的金牛座(Taurus)[注三]。六十八光年的距离相对于地球上的任何尺度来说都是极其巨大的，但是相对于远在三万光年之外的银河系中心，远在两百二十万光年之外的仙女座大星云，远在六千万光年之外的室女座星系团，以及更为遥远的其它天体来说无疑是微不足道的。人类的好奇心是没有边界的，可是即便人类航天器的速度再快上许多倍，甚至接近物理速度的上限-光速，用星际空间的距离来衡量依然是极其缓慢的。

    那么，有没有什么办法可以让航天器以某种方式变相地突破速度上限，从而能够在很短的时间内跨越那些近乎无限的遥远距离呢？科幻小说家们率先展开了想象的翅膀。

    二.旅行家的天堂

    一九八五年，美国康乃尔大学(CornellUniversity)的著名行星天文学家卡尔•萨根(CarlSagan)写了一部科幻小说，叫做《接触》(Contact)。萨根对探索地球以外的智慧生物有着浓厚的兴趣，他客串科幻小说家的目的之一是要为寻找外星智慧生物的SETI计划筹集资金。他的这部小说后来被拍成了电影，为他赢得了广泛的知名度。

    萨根在他的小说中叙述了一个动人的故事：一位名叫艾丽(Ellie)的女科学家收到了一串来自外星球智慧生物的电波信号。经过研究，她发现这串信号包含了建造一台特殊设备的方法，那台设备可以让人类与信号的发送者会面。经过努力，艾丽与同事成功地建造起了这台设备，并通过这台设备跨越了遥远的星际空间与外星球智慧生物实现了第一次接触。

    但是，艾丽与同事按照外星球智慧生物提供的方法建造出的设备究竟利用了什么方式让旅行者跨越遥远的星际空间的呢？这是萨根需要大胆“幻想”的地方。他最初的设想是利用黑洞。但是萨根毕竟不是普通的科幻小说家，他的科学背景使他希望自己的科幻小说尽可能地不与已知的物理学定律相矛盾。于是他给自己的老朋友，加州理工大学(CaliforniaInstituteofTechnology)的索恩(KipS.Thorne)教授打了一个电话。索恩是研究引力理论的专家，萨根请他为自己的设想做一下技术评估。索恩经过思考及粗略的计算，很快告诉萨根黑洞是无法作为星际旅行的工具的，他建议萨根使用虫洞(wormhole)这个概念。据我所知，这是虫洞这一名词第一次进入科幻小说中[注四]。在那之后，各种科幻小说、电影、及电视连续剧相继采用了这一名词，虫洞逐渐成为了科幻故事中的标准术语。这是科幻小说家与物理学家的一次小小交流结出的果实。

    萨根与索恩的交流不仅为科幻小说带来了一个全新的术语，也为物理学开创了一个新的研究领域。在物理学中，虫洞这一概念最早是由米斯纳(C.W.Misner)与惠勒(J.A.Wheeler)于一九五七年提出的，与人类发射第一个航天器恰好是同一年。那么究竟什么是虫洞？它又为什么会被科幻小说家视为星际旅行的工具呢？让我们

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