“人類誕生在地球上。這從不意味著要滅亡于此。”

　　在很久的未來，農作物無法種植使得地球不再適宜居住。而人類將不得不穿越星際，去深空之中尋找新的家園。

　　作為愛因斯坦廣義相對論一個推導結果，蟲洞不僅給我們提供了穿越星際的便捷途徑，而具還可能變成時間機器允許我們回到過去。

　　上面所說的是2014年的科幻電影《星際穿越》所講述的故事。不過在現實中，離開太陽系進人星際空間其實非常困難。舉例來說，太空探測器旅行者1號在1977年升空，到現在它才抵達太陽系的邊緣。

　　那么有沒有便捷途徑呢?愛因斯坦的廣義相對論給了我們希望，其理論所預言的蟲洞就是通往星際空間的便捷通道，而該片中的宇航員就是利用蟲洞來實現星際穿越的。

　　廣義相對論是愛因斯坦研究時空與引力關系的理論，它革新了牛頓時代的靜止時空觀，認為時間和空間并不是靜止不變的，而是可以變化和彎曲的。令愛因斯坦沒想到的，相對論不僅引起了我們時空觀的一場革命，而且預言了宇宙中一系列奇異事件或現象——宇宙大爆炸、時間旅行、暗能量、以及黑洞和蟲洞。我們可以說，這些新發現是屬于廣義相對論的，屬于愛因斯坦的。

　　蟲洞究竟是什么樣子?

　　1935年，愛因斯坦與他的好友、美籍以色列裔物理學家納森·羅森，在研究引力場方程時發現，對于彎曲時空來說，在理論上可以有一個連接宇宙中兩個遙遠地點的捷徑。這就像一座山的兩端可以通過隧道進行連接一樣。

　　但宇宙中的蟲洞可不像山底的隧道那么容易開鑿，自從蟲洞這個概念提出幾十年來，頂尖的理論物理學家們對其的探討仍然是紙上談兵階段，不像宇宙大爆炸、黑洞這樣的現象已經被觀測所證實。不過，隨著思考的日益深人，關于蟲洞的細節逐漸豐富起來。

　　假設宇宙中有一個蟲洞，它會是什么樣子呢?其實非常簡單。它有兩個洞口，例如有一個在地球附近，另一個在約26光年遠的織女星附近。兩個洞口通過在高維空間中延仲的隧道相連。這個隧道可以非常短，例如只有1千米，所以如果我們通過蟲洞從地球抵達織女星，我們就可把路途從26光年縮減為1千米。所以說，蟲洞可以成為宇宙中的快捷通道。

　　雖然蟲洞可以縮短旅途的距離，但并不是超越了光速。例如，你通過蟲洞從地球抵達織女星，很顯然比穿過蟲洞外的時空抵達的光線還要快，但是你在穿越蟲洞時相對蟲洞的速度是不能超過光速的。

　　在現實的三維空問中，蟲洞看起來并不像一個隧道或一座橋，因為你只能看到它的洞口，而它的隧道是在四維空問里延伸，你無法直接看到隧道的模樣。其中，洞口看起來像一個巨大的玻璃球，如下圖:

　　蟲洞不是黑洞

　　許多人都認為蟲洞不過是另一種黑洞而已，但這種觀點是錯的。其中的一個區別是，黑洞都有一個事件視界(一種任何物質進去之后有去無回的邊界)，而并不是每個蟲洞都具有事件視界。有一些蟲洞具有事件視界，但并不是像黑洞那樣是因為存在一個密度無窮大的奇點，而是因為蟲洞的隧道內引力引起的潮汐力過于強大。蟲洞和黑洞另一個區別是，蟲洞有兩個洞口并通過一個隧道相連，而黑洞只有一個洞口，洞口的盡頭是一個死胡同，任何物質掉進黑洞都會最終撞上內部的奇點。

　　不止一種蟲洞

　　另外很重要的事實，是蟲洞不只有一種。一種分類蟲洞的方法是蟲洞的隧道是否是基本穩定的，還是不穩定的(例如隧道不斷地開啟然后閉合)。第二種分類方式是，需要多少物質才能創造出生成蟲洞的引力場，一種只需要行星質量的，而有一些需要好幾倍恒星質量。另外，蟲洞隧道的潮汐力的大小也是一種分類蟲洞的辦法。

　　接下來的我們來闡述兩種蟲洞。一種是史瓦西蟲洞，它是一種不穩定的蟲洞。另一種是穩定的蟲洞，它允許物質穿過它，所以也可以說是一種可穿行的蟲洞。

　　不同的時空與史瓦西蟲洞

　　物理學家首先提出來的蟲洞是史瓦西蟲洞，它是廣義相對論中愛因斯坦方程其中一個解的產物。

　　在研究愛因斯坦方程的過程中，物理學家發現除了時空中存在黑洞以外，還必須存在白洞。而白洞正好是黑洞的時間反演，里面的任何物質都會向外運動，穿過它的邊界(也稱為事件視界)之后就再也無法回到內部。除了黑洞和白洞這兩個時空區域，還得有另外兩個彼此完全隔離的時空區域，稱為兩個不同的“宇宙”。這兩個宇宙與黑洞和白洞的關系如下:白洞中的任何粒子和信號都可以進人這兩個宇宙，但都無法返回到白洞里;兩個宇宙中的任何粒子和信號都可以進入黑洞，但都無法在從黑洞中逃離，只能撞上黑洞內的奇點上;兩個宇宙彼此完全隔離，也就是它們之間沒有任何信息可以交流。所有四個區域可以由下左的時空圖來表示。

　　下面的時空圖是在一種特殊坐標系下的時空圖，圖中的每一個點代表著一個二維球面。兩條對角線代表事件視界，它們把時空分成了四個區域:I和IV分別代表兩個彼此隔離的宇宙，II代表黑洞，III代表白洞。奇點出現在黑洞和白洞區域，以雙曲線的形式表示。(你可能注意到了白洞內部也有個奇點，這個很好理解:許多物理學家認為宇宙大爆炸其實就是一個白洞，而奇點就是大爆炸之前的那個密度無窮大的點。)

　　在圖中，我們會發現I和IV這兩個的宇宙在中間點上是相連的，這個點其實就是史瓦西蟲洞，可以把兩個宇宙連接起來。事實上，它也把四個時空全部連接了起來。

　　這種蟲洞就是愛因斯坦和他的同事納森·羅森最早提出的，所以在當時他們把它稱為愛因斯坦一羅森橋。它在鑲嵌圖中是下面右圖的樣子，其實可以說是一個黑洞的內部與一個白洞的內部相連所形成的時空結構。所以說，史瓦西蟲洞應該是單向的，也就是說蟲洞的一端任何物質只進不出，另一端只出不進。

　　這是一個不穩定的蟲洞

　　那么，我們能否利用史瓦西蟲洞，從我們的宇宙跑到另外一端的宇宙呢?可惜，這是不可能的。上世紀60年代，美國物理學家約翰·惠勒和他的同事發現，這種類型的蟲洞是不穩定的，存在的瞬間轉瞬即逝，

　　任何物質包括光都來不及從一個宇宙中穿過蟲洞并抵達另一個宇宙。

　　下頁圖中表示了史瓦西蟲洞的隧道的變化過程。形成前只是兩個分離的黑洞和白洞，形成蟲洞后瞬間又變成黑洞和白洞。在圖中可以看出，任何嘗試穿過蟲洞的東西都不可能從另一端出來，它最終都會在蟲洞關閉之后撞到奇點上。

　　史瓦西蟲洞的一個洞口像黑洞，另一個的洞口像白洞。事實上，對于一個外面的觀察者來說，蟲洞的一個洞口與真正的黑洞看上去是一模一樣的。也許宇宙中的那些黑洞內部會形成短暫的史瓦西蟲洞。

　　現在讓我們來想象一下如果你從洞口進人蟲洞會是什么樣子。開始進人洞口的過程與進人一個黑洞類似，當你穿過事件視界之后，如果你沒有被潮汐力撕碎的話，你可以看到洞口的中間有扭曲的圖像，這是從蟲洞另一端發射過來的光線。下面的圖則簡要地表示了這種情況。

　　圖中圖像是蟲洞這邊的星空圖，左邊的是蟲洞另一邊的星空圖。雖然你可以看見蟲洞另一側的景色，但很可惜你無法抵達那里。因為史瓦西蟲洞是不穩定的，在你還沒有反應過來的時候，蟲洞就關閉了，你之后會撞倒在蟲洞關閉后形成的奇點上。

　　史瓦西蟲洞轉瞬即逝，任何物質都無法穿過它。

　　那么有沒有辦法使得史瓦西蟲洞穩定下來呢?美國物理學家基普·索恩找到了~種辦法，盡管看上去不可思議。

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