宇宙中是否有虫洞的存在

　　黑洞、白洞、虫洞仍然是目前宇宙学中“时空与引力篇章” 的悬而未解之谜。那么虫洞是否真的存在呢?

　　虫洞是否存在

　　(虫洞又叫蚯蚓洞) 60多年前，阿尔伯特·爱因斯坦提出了“虫洞”理论。那么，“ 虫洞”是什么呢?简单地说，“虫洞”是宇宙中的隧道， 它能扭曲空间，可以让原本相隔亿万公里的地方近在咫尺。 早在20世纪50年代，已有科学家对“虫洞”作过研究， 由于当时历史条件所限，一些物理学家认为，理论上也许可以使用“ 虫洞”，但“虫洞”的引力过大，会毁灭所有进入的东西， 因此不可能用在宇宙航行上。 随着科学技术的发展，新的研究发现，“虫洞” 的超强力场可以通过“负质量”来中和，达到稳定“虫洞” 能量场的作用。

　　科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“ 反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。像“虫洞” 一样，“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过， 目前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量” 能存在于现实世界，并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“ 负质量”。 据美国华盛顿大学物理系研究人员的计算，“负质量” 可以用来控制“虫洞”。他们指出，“负质量”能扩大原本细小的“ 虫洞”，使它们足以让太空飞船穿过。 他们的研究结果引起了各国航天部门的极大兴趣， 许多国家已考虑拨款资助“虫洞”研究，希望“虫洞” 能实际用在太空航行上。

　　宇航学家认为，“虫洞”的研究虽然刚刚起步，但是它潜在的回报， 不容忽视。科学家认为，如果研究成功， 人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置。现在，人类被“ 困”在地球上，要航行到最近的一个星系，动辄需要数百年时间， 是目前人类不可能办到的。但是，未来的太空航行如使用“虫洞”， 那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。 据科学家观测，宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”， 但很少有直径超过10万公里的， 而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量” 的发现为利用“虫洞”创造了新的契机， 可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。 科学家指出，如果把“负质量”传送到“虫洞”中，把“虫洞” 打开，并强化它的结构，使其稳定，就可以使太空飞船通过。 虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中。

　　物理学家在分析白洞解的时候，通过一个阿尔伯特· 爱因斯坦的思想实验，发现宇宙时空自身可以不是平坦的。 如果恒星形成了黑洞，那么时空在史瓦西半径， 也就是视界的地方与原来的时空垂直。在不平坦的宇宙时空中， 这种结构就意味着黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合， 然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞，也可以是白洞。 而这个弯曲的视界，就叫做史瓦西喉,它就是一种特定的虫洞。 自从在史瓦西解中发现了虫洞， 物理学家们就开始对虫洞的性质发生了兴趣。 虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。在这里， 虫洞成为一个阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥， 物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞( 即阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥)被传送到白洞并且被辐射出去。 虫洞还可以在宇宙的正常时空中显现， 成为一个突然出现的超时空管道。 虫洞没有视界，它只有一个和外界的分界面， 虫洞通过这个分界面进行超时空连接。虫洞与黑洞、 白洞的接口是一个时空管道和两个时空闭合区的连接， 在这里时空曲率并不是无限大，因而我们可以安全地通过虫洞， 而不被巨大的引力摧毁。

　　拓展

　　1935年,爱因斯坦与他的好友、美籍以色列裔物理学家纳森·罗森，在研究引力场方程时发现，对于弯曲时空来说，在理论上可以有一个连接宇宙中两个遥远地点的捷径。这就像一座山的两端可以通过隧道进行连接一样。

　　但宇宙中的虫洞可不像山底的隧道那么容易开凿，自从虫洞这个概念提出几十年来，顶尖的理论物理学家们对其的探讨仍然是纸上谈兵阶段，不像宇宙大爆炸、黑洞这样的现象已经被观测所证实。不过，随着思考的日益深入，关于虫洞的细节逐渐丰富起来。

　　假设宇宙中有一个虫洞，它会是什么样子呢?其实非常简单。它有两个洞口，例如有一个在地球附近，另一个在约26光年远的织女星附近。两个洞口通过在高维空间中延伸的隧道相连。这个隧道可以非常短，例如只有1千米，所以如果我们通过虫洞从地球抵达织女星，我们就可把路途从26光年缩减为1千米。所以说，虫洞可以成为宇宙中的快捷通道。

　　具体的模样如下图所示。注意这里是把我们的宇宙空间画成了二维而不是三维。这种把三维镶嵌到二维上的图示被物理学家称为镶嵌图。我们并不太清楚现实中宇宙是否会像图中那样弯曲，不过只有这样虫洞才可能缩短旅途的距离。

　　虽然虫洞可以缩短旅途的距离，但并不是超越了光速。例如，你通过虫洞从地球抵达织女星，很显然比穿过虫洞外的时空抵达的光线还要快，但是你在穿越虫洞时相对虫洞的速度是不能超过光速的。

　　另外，虫洞并不总是缩短时空的距离，有时洞内的路程会大于洞外的路程。如下图。

　　在现实的三维空间中，虫洞看起来并不像一个隧道或一座桥，因为你只能看到它的洞口，而它的隧道是在四维空间里延伸，你无法直接看到隧道的模样。其中，洞口看起来像一个巨大的玻璃球，如下图：

　　在上面图中，你可以很明显地看到洞口的边界(箭头所示)。注意这里的任何光都不是来自虫洞本身。其中，边界外的边缘扭曲的图像是虫洞的洞口扭曲了周边星系传播过来的光线。这种现象被称为引力透镜。边界内则是洞口另一端的宇宙传播过来的扭曲图像。