蟲(chóng)洞旅行是太空科幻小說(shuō)中最常見(jiàn)的元素之一，假想中的太空飛船可以通過(guò)穿越蟲(chóng)洞來(lái)實(shí)現(xiàn)超光速旅行（FTL，faster-than-light），瞬間到達(dá)在空間上離自己非常遠(yuǎn)的地方。由于廣義相對(duì)論認(rèn)為宇宙中不存在比光速還快的速度，所以蟲(chóng)洞旅行在廣義相對(duì)論下是不存在的。

然而近幾年的物理研究認(rèn)為，這種蟲(chóng)洞或許存在于以量子物理為主的微觀層面上。最近的一項(xiàng)研究又給這一觀點(diǎn)添加了新依據(jù)。來(lái)自普林斯頓高級(jí)研究院的理論物理教授 Juan Maldacena 和普林斯頓大學(xué)天體物理專業(yè)的畢業(yè)生 Alexey Milekhin 共同研究，闡述了一種 “被現(xiàn)有物理所允許存在的”、大小足夠人類進(jìn)入的蟲(chóng)洞存在的可能。這篇名為《人類可穿越的蟲(chóng)洞》的論文發(fā)表在預(yù)印本網(wǎng)站 arxiv.org 上。

蟲(chóng)洞的概念最早由德國(guó)物理學(xué)家 Karl Schwarzschild 提出，是對(duì)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論里的場(chǎng)方程的一個(gè)解（在物理學(xué)中被稱為 Schwarzschild 度量），為黑洞的存在提供了首個(gè)理論基礎(chǔ)。

Schwarzschild 度量在理論上預(yù)示了“永恒黑洞” 的存在，也就是時(shí)空中的點(diǎn)與點(diǎn)之間存在“直接聯(lián)系”，但 Schwarzschild 所提出的這類蟲(chóng)洞（也被稱為愛(ài)因斯坦 - 羅森橋）坍縮速度極快，并不穩(wěn)定，以至于任何事物可能都無(wú)法成功進(jìn)入這種蟲(chóng)洞并穿過(guò)它。

另外，這種可穿越的蟲(chóng)洞需要滿足特殊條件才能出現(xiàn)，比如存在負(fù)能量（在宏觀層面的物理學(xué)中不被允許存在，但在量子物理中被允許存在），對(duì)此，Maldacena 和 Milekhin 表示，量子物理中的“卡西米爾效應(yīng)”就是一個(gè)很好的例子，量子場(chǎng)在沿閉合圓圈路徑傳播的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生負(fù)能量，這種效應(yīng)所能帶來(lái)的影響通常很小，但對(duì)帶有較大磁感電荷的黑洞來(lái)說(shuō)效果顯著，而物理學(xué)家們也正是因此才想到以 “帶電的無(wú)質(zhì)量費(fèi)米粒子” 的特性為起點(diǎn)，構(gòu)建足夠穩(wěn)定的蟲(chóng)洞。

具體來(lái)說(shuō)，“帶電的無(wú)質(zhì)量費(fèi)米粒子”在帶磁感電荷的黑洞附近沿黑洞磁感線的軌跡行進(jìn)時(shí)（與太陽(yáng)風(fēng)中的帶電粒子與地球磁場(chǎng)作用產(chǎn)生極光的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)類似），黑洞附近的 “真空能”能被修改并可為負(fù)（負(fù)能量的概念），并以此能支持穩(wěn)定蟲(chóng)洞的存在，且使該蟲(chóng)洞在有事物借其進(jìn)行 “穿越” 之前不會(huì)坍縮。

雖然這類黑洞對(duì)微觀粒子的“穿越”而言已經(jīng)足夠，但若想構(gòu)建一個(gè)能讓人也“穿越”的蟲(chóng)洞，必須另辟蹊徑，在標(biāo)準(zhǔn)模型外的物理學(xué)中尋找方法。Maldacena 和 Milekhin 認(rèn)為，一種名為 Randall-Sundrum II 的模型（也被稱為是五維扭曲幾何理論）就是構(gòu)建這類黑洞的解決方法。該模型最早由理論物理學(xué)家 Lisa Randall 和 Raman Sundrum 提出，是為了解決粒子的層級(jí)問(wèn)題，在數(shù)學(xué)上以一種五維時(shí)空對(duì)宇宙進(jìn)行了描述，允許物理學(xué)家以更低的能級(jí)對(duì)一些理論進(jìn)行解釋。但其第五維度僅通過(guò)重力與我們所熟知的物質(zhì)發(fā)生聯(lián)系，因此并不能被檢測(cè)到。

事實(shí)上，該模型其實(shí)就相當(dāng)于是為我們已知的理論添加了許多互相之間存在強(qiáng)相互作用的無(wú)質(zhì)量場(chǎng)，也正是因此，該模型才會(huì)涉及負(fù)能量的概念。Maldacena 和 Milekhin 在論文中提出，由該模型所構(gòu)建的穩(wěn)定蟲(chóng)洞的外貌應(yīng)該與于中等大小的帶電黑洞類似，會(huì)產(chǎn)生能擾亂航天器行進(jìn)軌跡的引力 “潮汐力”，航天器必須配有極強(qiáng)的推力裝置才能成功進(jìn)入這種蟲(chóng)洞，但進(jìn)入蟲(chóng)洞后，航天器是否能順利“穿越” 仍是一個(gè)問(wèn)題。哈佛大學(xué)的物理研究員 Daniel Jafferis 認(rèn)為，穩(wěn)定蟲(chóng)洞雖可能存在，但實(shí)際走完該蟲(chóng)洞所需花費(fèi)的時(shí)間，在蟲(chóng)洞外來(lái)看可能會(huì)比 “穿越” 不穩(wěn)定蟲(chóng)洞要長(zhǎng)的多。

在廣義相對(duì)論中，物體的行進(jìn)速度越接近光速，它所在的自身參考系內(nèi)的時(shí)間流逝也就越慢，比如假設(shè)有宇航員能成功駕駛航天器借基于 Randall-Sundrum II 模型的蟲(chóng)洞穿越一段十萬(wàn)光年的距離，那么對(duì)實(shí)施穿越的宇航員來(lái)說(shuō)，穿越本身可能只是一瞬的事，而對(duì)于地球上的人們來(lái)說(shuō)，他們的穿越可能花費(fèi)了超過(guò)一萬(wàn)年的時(shí)間。

盡管由于蟲(chóng)洞的引力，航天器并不需要額外的燃料來(lái)完成穿越，但 Maldacena 和 Milekhin 認(rèn)為，由于進(jìn)入蟲(chóng)洞內(nèi)的任何事物都會(huì)被加速，因此廣泛存在于宇宙空間中的宇宙背景輻射也可能會(huì)對(duì)穿越蟲(chóng)洞的宇航員構(gòu)成致命危害，甚至拋開(kāi)危害不談，人類目前的科技水平離能造一艘 “能穿越這種蟲(chóng)洞” 的航天器還差的很遠(yuǎn)。

Maldacena 和 Milekhin 在論文中強(qiáng)調(diào)，他們的這項(xiàng)研究?jī)H是為了探尋 “廣義相對(duì)論與量子物理學(xué)之間的相互作用是否會(huì)允許穩(wěn)定蟲(chóng)洞的存在”，但就結(jié)果而言，雖然我們并不知道這種蟲(chóng)洞是否真的在宇宙中存在，也還沒(méi)有能借這種蟲(chóng)洞進(jìn)行長(zhǎng)距離太空旅行的技術(shù)，但至少在當(dāng)前看來(lái)，科幻小說(shuō)中“借蟲(chóng)洞旅行” 的情景在物理學(xué)上并非完全不可能。

（摘自美《深科技》）（編輯/費(fèi)勒萌）