星漢燦爛，宇宙浩瀚。兩(liang) 個(ge) 相隔數百萬(wan) 光年的星係，即便以光速前進，也需要數百萬(wan) 年才能到達。然而，在一些科幻電影中，人們(men) 通過蟲洞能夠實現時空穿越。

蟲洞又稱愛因斯坦－羅森橋，是理論中連接不同時空區域的狹窄“出入口”，通過穿越蟲洞的方式減少宇宙旅行的時間和距離。

自蟲洞的概念誕生以來，科學家們(men) 一直在討論利用其實現時空穿越的可能性。但發現蟲洞，甚至構建或穿越蟲洞，一直是物理學研究前沿最熱也是最難解的“懸案”。

3月30日，科技日報記者了解到，國際知名期刊《歐洲物理雜誌C輯》日前以封麵文章介紹了揚州大學引力與(yu) 宇宙學研究中心戴德昌教授團隊完成的最新研究成果。

值得關(guan) 注的是，這項研究成果首次跳出傳(chuan) 統蟲洞研究方法，從(cong) “膜宇宙”的角度探討構建“類蟲洞”的可能性及方法。

很多人對蟲洞的理解停留在科幻作品中

“很多人對蟲洞的理解，停留在科幻作品中的時空通道。”戴德昌說，但在科學家看來，蟲洞卻是一個(ge) 經過嚴(yan) 格數學推理的物理模型。

1905年，愛因斯坦發表狹義(yi) 相對論後，他開始著眼於(yu) 如何將引力納入狹義(yi) 相對論框架的思考。在曆經多次彎路和錯誤之後，1915年，他正式提出著名的愛因斯坦引力場方程，把時間、空間和物質、運動這四個(ge) 自然界最基本的物理量聯係了起來。

戴德昌介紹，1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到第一個(ge) “黑洞解”，即如果質量過度集中於(yu) 空間中，其周圍會(hui) 形成一個(ge) 連光都無法脫離的區域。“這個(ge) 區域的邊界稱為(wei) 視界麵。在世界麵內(nei) 的事物都會(hui) ‘陷入’其中無法跳脫。”戴德昌說，這種“不可思議的天體(ti) ”被稱為(wei) 黑洞。

1935年愛因斯坦和內(nei) 森·羅森對史瓦西黑洞解做了一個(ge) 線性代換，形成一個(ge) 新的度規（規定變量值或點的位置的一種方法）。這個(ge) 新的度規顯示當物質經過“黑洞視界”（即黑洞邊界）後，會(hui) 進入另一個(ge) 世界。

根據這個(ge) 解，愛因斯坦預言，宇宙中存在一種連接著不同時空的特殊“通道”，即“愛因斯坦—羅森橋”（蟲洞），人們(men) 可以通過穿越蟲洞的方式減少宇宙旅行的時間和距離。

“雖然愛因斯坦的廣義(yi) 相對論從(cong) 數學上預測了蟲洞的存在，但迄今為(wei) 止還沒有人發現它。”戴德昌教授說，一個(ge) 極簡方程，兩(liang) 個(ge) 可能性。黑洞和蟲洞的視界麵外幾乎一樣，讓人傻傻分不清楚，除非通過這個(ge) 視界麵，不然你根本看不到有何不同。

研究形成了係列間接成果

蟲洞在哪裏？

“縱然無法看到蟲洞或黑洞的內(nei) 部世界，但科學家一直在尋覓可以證明蟲洞存在的‘蛛絲(si) 馬跡’。”戴德昌說。

記者了解到，多年來，戴德昌團隊對蟲洞展開了一係列深入研究。他們(men) 認為(wei) ，圍繞蟲洞運行的恒星軌道，可能與(yu) 圍繞黑洞運行的恒星軌道略有不同。

為(wei) 此，戴德昌團隊從(cong) 考察蟲洞口附近時空區域守恒律出發，分別計算了電荷、引力和標量場，檢查這三者的效應是否可以穿過蟲洞，並影響蟲洞另外一側(ce) 的時空。

“計算結果顯示，3種力的影響都可以透過蟲洞，在另外一側(ce) 時空中留下痕跡。”戴德昌說。

2016年，美國激光幹涉引力波天文台捕捉到兩(liang) 個(ge) 黑洞合並產(chan) 生的引力波時，發現這個(ge) 引力波有回聲，於(yu) 是有人猜測，這個(ge) 回聲是經由蟲洞傳(chuan) 到對邊，又返回來形成的。

受此啟發，戴德昌等人開始研究引力或電磁波穿越蟲洞引起另一側(ce) 擾動的可能性。他們(men) 認為(wei) ，如果存在蟲洞，那麽(me) 觀測通過黑洞附近的恒星的運動加速度，可以觀測到這個(ge) 蟲洞帶來的物理效應。

“隻要蟲洞確實存在，它所連接的了解我們(men) 可以互相影響。”戴德昌說，

經過慎重的計算與(yu) 篩選，我們(men) 團隊選擇位於(yu) 銀河係中心的超大質量黑洞人馬座A星（位於(yu) 銀河係銀心的一個(ge) 非常光亮及致密的射電波源，很可能是離地球最近的超大質量黑洞所在處）附近的恒星S2進行觀測，力圖捕捉到蟲洞蹤影。

“觀測數據雖仍在進行中，目前尚不能完全證明蟲洞的存在，但我們(men) 已經形成了係列間接成果。”戴德昌說。

2019年，戴德昌團隊在國際知名雜誌《物理評論D輯》上發表文章，團隊研究發現蟲洞所連接的宇宙可以和我們(men) 宇宙裏麵的物質產(chan) 生交互作用。

該項研究成果得到諾貝爾獎得主美國加州理工Kip Thorne教授極高評價(jia) ，美國《紐約時報》以“如何穿越蟲洞”為(wei) 題進行大幅報道。

目前還不能保證這種

“類蟲洞”結構的穩定性

如何穿越蟲洞？近一百年來，蟲洞以其獨特的魅力吸引著無數科學家投身到穿越時空的探索中。

戴德昌告訴記者，一方麵，深空探測的技術一直在升級迭代；另一方麵，相關(guan) 理論也在不斷求新求變。但穿越蟲洞一直是一個(ge) 遙不可及的夢想。

“雖然人們(men) 很早就從(cong) 理論上證明了蟲洞的存在，但當前主流的理論卻認為(wei) 蟲洞無法用作星際穿越。”揚州大學引力與(yu) 宇宙學研究中心王元君教授說。

王元君介紹，在廣義(yi) 相對論中，蟲洞極度彎曲，無法穩定存在，需要負能量支撐。而根據目前的理論，在宏觀尺度上是無法製造出負能量的。

2013年，斯坦福大學教授薩斯坎德共同提出了ER=EPR猜想，並認為(wei) 量子糾纏可能和蟲洞有關(guan) 係，即蟲洞就是這一對黑洞的量子糾纏。

另外，理論認為(wei) 真空量子擾動可能會(hui) 提供局部負能量，進而形成微觀蟲洞，但是其相關(guan) 機理和形成機製，目前還無法應用到宏觀領域。

但令人驚喜的是，當前，戴德昌團隊最新的研究帶來了新的轉機和方向。

“我們(men) 團隊首次在‘膜宇宙’模型的基礎下研究‘蟲洞’結構生成機製。”戴德昌說，所謂“膜宇宙”指的是科學家們(men) 認為(wei) 我們(men) 的宇宙是在更高維時空中的一片膜。物質在膜上的距離可能很遠，但是在高維空間中卻很近。

“物質和物質間的引力作用可以抵抗膜的張力並造成膜變形，最後兩(liang) 個(ge) 物質吸附在一起並把膜連結在一起。”戴德昌說。“如果膜沒有反彈回去，就會(hui) 形成一個(ge) 新的拓撲結構。”戴德昌說，物質可以通過這個(ge) 結構直接來到遠處。這樣的效應很像蟲洞。因此我們(men) 稱之為(wei) “類蟲洞”結構。

為(wei) 了驗證這種“腦洞大開”的想法，戴德昌團隊又展開了大量理論計算探究“類蟲洞”的形成條件。

戴德昌介紹，他和團隊人員選擇兩(liang) 個(ge) 都是太陽質量的物體(ti) ，計算了兩(liang) 個(ge) 膜（平行宇宙）之間合理的張力值和距離大小。研究發現，兩(liang) 個(ge) 宇宙形成“類蟲洞”的條件，取決(jue) 於(yu) “膜”的張力條件。極端條件下，如果張力為(wei) 零，任何兩(liang) 個(ge) 質量不為(wei) 零的物體(ti) 都可能形成蟲洞結構。

戴德昌團隊研究還發現，在一定的膜張力下形成“類蟲洞”，如果這兩(liang) 個(ge) 大質量物體(ti) 是黑洞的話，那麽(me) 他們(men) 即便形成蟲洞也無法通過，因為(wei) 物質無法穿過黑洞視界。“如果兩(liang) 個(ge) 大質量物體(ti) 是中子星或者其他不存在視界的物體(ti) ，那麽(me) 理論上這個(ge) 蟲洞是可通過的。”戴德昌說。

因而，戴德昌團隊首次從(cong) 物理學角度證明了宏觀領域穿越蟲洞的可能性。此外，團隊還采用膜的張力來替代負能量所扮演的角色。

“因此，我們(men) 團隊的設想中是不需要額外的負能量來製造蟲洞。這為(wei) 構建蟲洞提供了一個(ge) 全新的思路。”戴德昌說。“但目前還不能保證這種‘類蟲洞’結構的穩定性。”戴德昌說，蟲洞很可能分裂成一堆碎片來使自己的能量最小化。

戴德昌最後介紹，為(wei) 了驗證這個(ge) 想法，他們(men) 仍需要對穩定性進行全麵分析，這也是團隊未來進一步重點研究方向。

◎ 科技日報記者 過國忠 通訊員 張運 薦小純

來源：科技日報，文中圖片由受訪者提供


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