穿越蟲洞或成真：科學家尋找超光速旅行新捷徑
北京時間10月28日消息，蟲洞是科幻小説中經常出現的主題，這種時空隧道常常被用來進行星際旅行和時間穿越。小説的描寫有多少真實成分呢？答案可能比你想象的要多。科學家正在尋找利用“可穿越蟲洞”(如果存在的話)進行超光速旅行的方法——甚至可以進行時間旅行。
物理學家埃裏克·戴維斯(Eric Davis)説：“一個可穿越蟲洞就是一個超空間隧道，又被稱為‘咽喉’，連接着宇宙內極其遙遠的兩個區域，或者兩個宇宙——如果其他宇宙存在的話，又或者是時間旅行中的兩個不同時期，或空間中的不同維度。”
戴維斯是Tau Zero基金會的成員之一，擅長時間—空間領域的研究。他利用愛因斯坦廣義相對論衍生出來的公式思考可穿越蟲洞、曲速引擎和時間機器存在和設計的可能性(或者不可能的理由)。
建造一個蟲洞
蟲洞是數學家路德維希·弗拉姆(Ludwig Flamm)於1916年第一次提出的，當時他正醉心於愛因斯坦廣義相對論中描述引力導致時空彎曲的公式。加州理工學院的物理學家基普·索恩稱，儘管這些時空隧道是一個迷人的理論可能，但科學家還沒有就蟲洞是否能在自然中存在達成共識，目前也沒有探測到任何的蟲洞。
索恩及其一些同事的研究還表明，即使一個蟲洞出現了，它很可能會在一個物體(或者人)穿過的時候出現塌縮。要使蟲洞打開的時間足夠長，它需要某種摺疊，但普通的物質無法完成這項工作——它需要一種“非同尋常的材料”。
戴維斯説：“暗能量是自然存在的奇特材料，它的負壓強能產生反向的引力作用，將我們宇宙內部的空間向外推，從而使宇宙出現膨脹。”除了暗能量，科學家已知的另一種奇特材料是暗物質，其總量是我們常説的物質的五倍。到目前為止，科學家還無法直接探測到暗物質或暗能量，關於它們的很多性質依然未知。不過，科學家可以通過觀察它們對周圍空間的影響來了解更多的信息。
塞浦路斯東地中海大學的Ali ?vgün稱，蟲洞有可能會在存在暗物質的地方形成，因此它們可能存在於銀河系外圍的區域，或者其他星系之內。?vgün正致力於證明蟲洞可以存在於暗物質密集的地方。他和同事進行了計算機模擬，表明在暗物質集中的星系暈中如果存在蟲洞，可以符合科學家認為所需的物理條件。“但這只是數學證明，” ?vgün説，“我希望有一天它能找到直接的實驗證明。”
那麼，當一個人或一艘太空船穿過蟲洞時會發生什麼呢？
“什麼都不會發生！可穿越蟲洞的時空幾何學要求沒有任何險惡的、無法忍受的引力潮汐力作用在太空船及其乘客身上，當他們穿過蟲洞時，”戴維斯説道，“他們會在地球附近的出發點進入‘咽喉’，穿過蟲洞，出現在目標星體附近的另一側。”由於這些理論上的通道穿越了時空，因此從外界觀察者的角度看，宇航員似乎進行了超光速旅行。然而，從宇航員自己的視角上，他們並未真正地超過光速——他們只是抄了一條近道。
在科學家利用蟲洞之前，他們首先需要找到蟲洞。到目前為止，科學家還沒有任何發現。然而，如果蟲洞確實存在，在時空中定位它們的存在可能遠比聽起來的困難得多。“就像電影《星際穿越》(Interstellar)裏呈現的那樣，未來世界裏，可能會有一些間接觀察的實驗，” ?vgün説道。
基於蟲洞理論，?vgün把透過蟲洞進行窺視比作路易斯·卡羅的小説《愛麗絲鏡中奇遇》(Alice’s glimpse through the looking glass)裏面的場景。蟲洞另一端的空間區域可能會呈現在蟲洞入口處，就像曲面鏡反射時造成的扭曲。另一個指示的跡象是，光線會在穿過蟲洞的時候集中起來，就像風吹過一個自然隧道一樣。
戴維斯將蟲洞近端可能出現的景象稱為“彩虹散射效應”(rainbow caustic effect)，這種效應能在相當遠的距離上觀察到。“天文學家正計劃利用望遠鏡尋找這些彩虹散射，從而找到自然出現，或者可能是外星人制造的可穿越蟲洞，”戴維斯説，“我還沒聽説這一計劃是否開始進行。”
時間旅行
作為蟲洞研究的一部分，基普·索恩還提出了一個思想實驗，將蟲洞作為一種時間機器。有關時間旅行的思想實驗常常陷入悖論之中，其中最著名的或許就是“祖父悖論”：如果一個人回到過去並殺死他/她的祖父，那這個人就無法出生，也就無法像開頭那樣回到過去。這似乎意味着回到過去的時間旅行不可能實現，但據戴維斯的説法，索恩的工作為科學家的探索提供了新途徑。
戴維斯説：“一個完整的理論物理學領域在那之後誕生了，並發展出其他能因果自洽並解決悖論的時空技術。”儘管對科幻小説迷(以及那些希望改變過去的人)來説，利用蟲洞進行時間旅行是個十分誘人的想法，但戴維斯稱，目前的理論顯示，要想製造一個蟲洞時光機，那蟲洞的一端或者兩端將需要加速到接近光速。
“建造一個蟲洞時間機器會極其困難，”戴維斯説，“而利用蟲洞在恆星間進行超光速星際旅行就相對簡單得多。”其他物理學家也提出，利用蟲洞進行時間旅行可能會帶來極大的能量積累，並在被用作時間機器之前摧毀蟲洞——這一過程被稱為量子反作用(quantum back reaction)。
無論如何，探討這種可能性還是很有趣的。“思考人們所能做到的所有可能性，以及如果他們能時間旅行會造成什麼結果，”戴維斯説，“退一步説，他們的冒險將非常有趣。”