虫洞性质
利用相对论在不考虑一些量子效应和除引力以外的任何能量的时候，
我们得到了一些十分简单、基本的关于虫洞的描述。
这些描述十分重要，但是由于我们研究的重点是黑洞，
而不是宇宙中的洞，因此我在这里只简单介绍一下虫洞的性质，
而对于一些相关的理论以及这些理论的描述，这里先不涉及。 　　

虫洞有些什么性质呢？
最主要的一个，
是相对论中描述的，
用来作为宇宙中的高速火车。

但是，虫洞的第二个重要的性质，
也就是量子理论告诉我们的东西又明确的告诉我们：
虫洞不可能成为一个宇宙的高速火车。
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。
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。

那么什么样的虫洞能成为可穿越虫洞呢？
一个首要的条件就是它必须存在足够长的时间，
不能够没等星际旅行家穿越就先消失。
因此可穿越虫洞首先必须是足够稳定的。
一个虫洞怎样才可以稳定存在呢？
索恩和莫里斯经过研究发现了一个不太妙的结果，
那就是在虫洞中必须存在某种能量为负的奇特物质！
为什么会有这样的结论呢？
那是因为物质进入虫洞时是向内汇聚的，
而离开虫洞时则是向外飞散的，
这种由汇聚变成飞散的过程意味着在虫洞的深处存在着某种排斥作用。
由于普通物质的引力只能产生汇聚作用，
只有负能量物质才能够产生这种排斥作用。
因此， 要想让虫洞成为星际旅行的通道，
必须要有负能量的物质。
索恩和莫里斯的这一结果是人们对可穿越虫洞进行研究的起点。 　　

索恩和莫里斯的结果为什么不太妙呢？
因为人们在宏观世界里从未观测到任何负能量的物质。
事实上， 在物理学中人们通常把真空的能量定为零。
所谓真空就是一无所有，
而负能量意味着比一无所有的真空具有“更少” 的物质，
这在经典物理学中是近乎于自相矛盾的说法。 　　

但是许多经典物理学做不到的事情在二十世纪初随着量子理论的发展却变成了可能。
负能量的存在很幸运地正是其中一个例子。
在量子理论中，真空不再是一无所有， 它具有极为复杂的结构，
每时每刻都有大量的虚粒子对产生和湮灭。

一九四八年， 荷兰物理学家卡什米尔(Hendrik Casimir)
研究了真空中两个平行导体板之间的这种虚粒子态，
结果发现它们比普通的真空具有更少的能量，
这表明在这两个平行导体板之间出现了负的能量密度！
在此基础上他发现在这样的一对平行导体板之间存在一种微弱的相互作用。
他的这一发现被称为卡什米尔效应。
将近半个世纪后的一九九七年，
物理学家们在实验上证实了这种微弱的相互作用，
从而间接地为负能量的存在提供了证据。
除了卡什米尔效应外，
二十世纪七八十年代以来，
物理学家在其它一些研究领域也先后发现了负能量的存在。 　　
因此，种种令人兴奋的研究都表明，
宇宙中看来的确是存在负能量物质的。
但不幸的是，
迄今所知的所有这些负能量物质都是由量子效应产生的，
因而数量极其微小。
以卡什米尔效应为例，倘若平行板的间距为一米，
它所产生的负能量的密度相当于在每十亿亿立方米的体积内才有一个(负质量的) 基本粒子！

而且间距越大负能量的密度就越小。
其它量子效应所产生的负能量密度也大致相仿。
因此在任何宏观尺度上由量子效应产生的负能量都是微乎其微的。 　　
另一方面，物理学家们对维持一个可穿越虫洞所需要的负能量物质的数量也做了估算，
结果发现虫洞的半径越大，
所需要的负能量物质就越多。
具体地说，
为了维持一个半径为一公里的虫洞所需要的负能量物质的数量
相当于整个太阳系的质量。 　　
如果说负能量物质的存在给利用虫洞进行星际旅行带来了一丝希望，
那么这些更具体的研究结果则给这种希望泼上了一盆无情的冷水。
因为一方面迄今所知的所有产生负能量物质的效应都是量子效应，
所产生的负能量物质即使用微观尺度来衡量也是极其微小的。
另一方面维持任何宏观意义上的虫洞所需的负能量物质却是一个天文数字！
这两者之间的巨大鸿沟无疑给建造虫洞的前景蒙上了浓重的阴影。