穿越虫洞

文/简爱

    喜欢天体物理的朋友对黑洞、白洞、虫洞这些让人充满奇异幻想的名词并不陌生，也许不少人会想象：如果能“嗖”一下子钻进一个邻近的虫洞，迅速直抵宇宙某个遥远的异域角落或星球，那可要比目前所有科幻影片中的穿越刺激多了。别急，科学家们正在帮你解决这个难题。前不久，权威预印本杂志《arXiv》上一篇论文称，发现了打造一个近乎稳定的虫洞的方法。

    我们知道，虫洞作为一种时空的扭曲现象，是极不稳定的，即便一个光子也会使虫洞以比光速还要快的速度坍塌收缩，瞬间分崩离析。理论上，只要有一定数量的负能量，即具有奇异性质的负质量或物质，就可以抵消常规物质试图通过虫洞所引起的破坏影响，从而可能穿越虫洞。可是，迄今所知的负能量物质，数量及其微小。为了维持一个半径为一公里的虫洞不发生坍塌，所需的负能量物质量就相当于整个太阳系的质量。所以，这条路行得通的几率几乎为零。

    从虫洞本身考虑如何？既然是“洞”，就需要有入口和出口才能穿越。尽管有科学家认为，虫洞连接着黑洞（一个没有东西可以逃脱的太空区域）和白洞（一个没有东西可以进入的理论太空区域），并且在它们之间传送物质，但迄今为止，白洞依旧在理论设想范围内，并没有实质上的突破。换言之，若白洞不存在，穿越虫洞就无从谈起。

    幸运的是，科学家通过精妙计算证实了黑洞可以携带电荷且内部结构十分奇妙。正常黑洞的奇点为点状，而带电荷的黑洞的奇点则被扭曲拉长，可以与另一个带相反电荷的黑洞相连，这样一来我们就能得到一个虫洞。不过，它仍然很不稳定，并且两个带相反电荷的黑洞会受引力和电场力的双重吸引，一旦相遇电荷就会中和，变成一整个大而无用的黑洞。

    要确保这两个带电黑洞离得足够远，以及使整个虫洞隧道能够支撑住自己，就需要借助外力。宇宙弦或许可以实现这一点。

    宇宙弦是一种假设的存在，但也有证据证明它存在的正确性。它是宇宙大爆炸时产生的遗留物，存在于时空纹理上的裂隙，就像水结冰时出现的裂纹。它的直径不超过一个光子，但仅一英寸的质量就超过了珠穆朗玛峰。于虫洞而言，宇宙弦有一个非常有用的性质：张力极大，及其不易被挤压到一起。假如将一根宇宙弦从虫洞中穿过，从两个黑洞外侧穿出，并将两端拉伸到无限长，弦的张力就会阻止两个黑洞互相吸引靠近。也就是说，这根宇宙弦的两端就像拔河比赛的两组对手，可以把两个黑洞拉得很远。

    一根宇宙弦可以解决虫洞的两头保持距离，但无法阻止虫洞自身的坍缩。那么，我们再加入一根宇宙弦，让它穿过虫洞并将其绕回，在两个黑洞之间形成一个闭环。这时，宇宙弦将会发生剧烈震荡，使周围的时空纹理产生扰动。适当的振动可以使之周围空间的能量变成负能量，在虫洞内部发挥负质量的作用，从而使得虫洞稳定下来。至此，一个可以穿越的虫洞便诞生了。

    不过，宇宙弦本身的振动会导致弦中的能量越来越少、质量不断减小直至消失，这样一来，虫洞也就两无法维持。但只要调整好宇宙弦的振动频率，虫洞就可以在相当长的时间内保持稳定，足够让信息或物体完好无损地从中穿过。

    2018年，美国科学家使用超大阵列射电望远镜在银河系中找到了一条2.3亿光年的蛇形曲线，其解释之一就是这条曲线就是宇宙弦的真实存在。遗憾的是也只是一种推想。

    如果有一天真的证实了宇宙弦不是假想，那穿越虫洞的构建也将不再是梦。

本文原创首发《知识窗》2020第1期

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