圖片來源：Pixabay

撰文 | Andreea Font

翻譯 | 耿淑娟

審校 | 張和持

愛因斯坦的廣義(yi) 相對論極大地改變了一些基本物理學的概念，比如對時空的認知。但它同樣給我們(men) 留下了諸多深刻的謎團。其中一個(ge) 正是黑洞，但在過去幾年中，我們(men) 已證實它的存在。另一個(ge) 謎團則是“蟲洞”的存在，它是連接時空中不同點的橋梁，理論上能為(wei) 太空旅行者提供捷徑。

目前，我們(men) 對蟲洞的了解仍停留在想象階段。有些科學家認為(wei) ，在不久的將來我們(men) 或能發現蟲洞。近幾個(ge) 月來，一些新的研究提出了一些有趣的方法，或能推動有關(guan) 蟲洞的研究。黑洞和蟲洞是愛因斯坦方程中的特殊解，隻有當時空結構由於(yu) 引力作用強烈彎曲時才會(hui) 出現。例如，當物質極其致密時，時空的構造可能會(hui) 變得十分扭曲，以至於(yu) 光都無法從(cong) 中逃脫——這就是黑洞。

由於(yu) 這一理論允許時空結構被拉伸或者彎曲，而我們(men) 可以想象所有可能的結構形式。1935年，愛因斯坦和物理學家納森·羅森（Nathan Rosen）描述了兩(liang) 處時空是如何能連結在一起，並在它們(men) 之間創造一個(ge) 橋梁。這是蟲洞的一種，而由此也能夠想象出很多其他類型的蟲洞。

一些蟲洞也許是可通行的，也就是說，人類或許能在其中穿梭。然而，這些蟲洞必須足夠大，能抵抗關(guan) 閉蟲洞的引力作用，並保持開放狀態。當以這種方式將時空向外推，會(hui) 耗費大量的“負能量”。這聽起來像是科幻小說中的情節？但是，負能量是切實存在的，科學家們(men) 已經在實驗室中製造出了少量負能量。而且負能量是宇宙加速膨脹的原因，因此大自然或已經掌握了創造蟲洞的方法。

我們(men) 才僅(jin) 僅(jin) 能看到黑洞而已。圖片來源：Event Horizon Telescope/wikipedia, CC BY-SA

我們(men) 該如何證明蟲洞存在呢？近期，一篇發表於(yu) 《皇家天文學會(hui) 月刊》的論文中，俄羅斯天文學家表示，蟲洞或許存在於(yu) 某些非常明亮的星係中心，同時還提出了一些找到蟲洞的觀測方法。這些方法基於(yu) 從(cong) 蟲洞一側(ce) 飛出的物質與(yu) 落入蟲洞的物質相撞的可能後果。計算顯示，這類碰撞將產(chan) 生大量伽馬射線，而我們(men) 可以嚐試利用望遠鏡觀測它們(men) 。

該輻射或能成為(wei) 區分蟲洞和黑洞的關(guan) 鍵，在此之前的研究認為(wei) ，無法從(cong) 外側(ce) 對二者進行區分。黑洞產(chan) 生的伽馬射線會(hui) 更少，並以噴射的方式釋放出來。而由蟲洞產(chan) 生的輻射將會(hui) 被限製在一個(ge) 巨大的球形中。盡管在這項研究中考慮的是可以穿梭的蟲洞，但穿梭的過程並不愉快。因為(wei) ，這類蟲洞距離活躍星係的中心很近，在那裏，高溫將把一切烤成碎片。不過並不是所有蟲洞皆如此，像那些距離星係中心更遠的蟲洞就不存在這一問題。

星係中心可能存在蟲洞的設想並不新奇。以位於(yu) 銀河係中心的超級黑洞為(wei) 例，科學家們(men) 通過長期追蹤黑洞附近的恒星軌道變化，才取得了這一重大成就，並於(yu) 2020年獲得諾貝爾物理學獎。不過，最近的一篇論文表示，引力拉扯或許是由蟲洞產(chan) 生的。與(yu) 黑洞不同，蟲洞也許會(hui) “泄露”出另一側(ce) 的物體(ti) 的部分引力，而這一部分引力會(hui) 略微改變星係中心的恒星的運動。根據這項研究，在不久的將來，通過提高測量設備的靈敏度，我們(men) 應該能夠觀測這一特定的效應。

巧合的是，在近期發表的另一項研究中，研究人員在星空中發現了“奇怪的無線電圈”。這些電圈非常奇特，因為(wei) 它們(men) 龐大卻又不與(yu) 任何可視物體(ti) 相結合。目前，沒有任何傳(chuan) 統理論能夠對此做出解釋，而蟲洞也被認為(wei) 可能是導致這一現象的原因之一。

蟲洞牢牢抓住了人類的想象力。在某種程度上，蟲洞是一種喜聞樂(le) 見的逃避現實的方式。由於(yu) 黑洞會(hui) 捕捉任何冒險進入其中的物質，人們(men) 對它心存些許畏懼；而蟲洞則不同，它或許能讓我們(men) 以遠超光速的速度達到遠方。

在統治著原子和粒子世界的量子物理學中，蟲洞也會(hui) 突然出現。根據量子力學，粒子能夠在空無一物的空間中突然出現，在片刻後還能突然消失。無數的實驗都已觀察到了這一現象。如果粒子能被突然製造出來，為(wei) 什麽(me) 蟲洞不能呢？物理學家們(men) 相信蟲洞或許形成於(yu) 早期宇宙，從(cong) 一堆突然出現又會(hui) 消失的量子泡沫中誕生。這些“原始蟲洞”中的一部分或許留存至今。

最近關(guan) 於(yu) “量子隱形傳(chuan) 態”（quantum teleportation）的實驗——一個(ge) 量子信息在兩(liang) 個(ge) 位置間進行“無實體(ti) ”的傳(chuan) 遞——已初見成效，而它們(men) 之間的運作方式竟與(yu) 通過蟲洞連接的兩(liang) 個(ge) 黑洞驚人地相似。這些實驗或能夠解決(jue) “量子信息悖論”（quantum information paradox），該悖論認為(wei) 物理信息可能在黑洞中永久消失。而這一實驗同樣也揭示量子物理中臭名昭著的不相容理論與(yu) 引力間的重要聯係——蟲洞與(yu) 二者的關(guan) 聯或許有助於(yu) 構建“萬(wan) 物理論”。

蟲洞在這些著名的理論的發展中起著不容忽視的作用。我們(men) 也許尚未見過蟲洞，但它們(men) 可能切實存在，甚至可能會(hui) 幫助我們(men) 理解一些最深刻的宇宙謎團，比如我們(men) 所在的宇宙是否唯一。

原文鏈接：

https://phys.org/news/2021-01-wormholes-lurking-universeand-ways.html


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