人類真的可以穿越蟲洞嗎？

蟲洞是科幻小說中最受歡迎的題材之一，太空飛行器可以通過蟲洞實現超光速旅行，從時空的一個點瞬間移動到另一個點。儘管廣義相對論不允許「可穿越蟲洞」的存在，但最近的一項研究指出，在量子物理學領域內，蟲洞實際上是可能存在的。

唯一的缺點是它們實際上要比正常空間花費更長的時間和可能是微觀的。在一對常春藤聯盟科學家進行的一項新研究中，標準模型之外的物理學的存在可能意味著那裡存在蟲洞，這些蟲洞不僅足夠大，可以穿越，而且對於希望從A點到B點到達的人類旅行者來說，是完全安全的。

這項研究名為&34;，由高級研究所的卡爾·范伯格理論物理學教授胡安·瑪爾達塞納和普林斯頓大學天體物理學專業的畢業生阿列克謝·米利欣進行。兩人就過去的蟲洞問題以及如何將它們作為安全穿越太空的手段進行了廣泛的科普寫作。

關於蟲洞的理論是在20世紀初根據愛因斯坦的廣義相對論而出現的。德國物理學家和天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）首先假設它們的存在，他關於愛因斯坦場方程（史瓦西度量）的解為黑洞的存在提供了第一個理論基礎。

史瓦西度量標準的一個結果就是他所說的「永恆黑洞」，它本質上是時空中不同點之間的聯繫。但是，這些史瓦西蟲洞（又稱愛因斯坦-羅森橋）是不穩定的，因為它們塌陷得太快，以至於任何東西都無法從一端穿過。

正如瑪爾達塞納和米利欣通過電子郵件向《今日宇宙》解釋的那樣，可穿越的蟲洞需要特殊的環境才能存在。這包括負能量的存在，這在經典物理學中是不允許的，但在量子物理學領域可能存在負能量。他們聲稱，卡西米爾效應就是一個很好的例子，其中量子場在沿閉合圓傳播的同時產生負能量。

「但是，這種影響通常很小，因為它存在於量子級別。在我們以前的論文中，我們意識到，這種影響對於帶大磁性電荷的黑洞會變得相當大。新的想法是使用帶電的無質量費米子的特殊性質。電子，但質量為零）。對於帶電的黑洞，它們沿磁場線傳播（與太陽風的帶電粒子在地球極地附近形成極光的方式類似）。」

這些粒子可以進入一個點並在周圍平坦的空間中開始出現，從而繞行一圈。這意味著「真空能量」被修改並且可以為負。這種負能量的存在可以支持穩定蟲洞的存在，蟲洞是時空中各個點之間的橋梁，在某些事物有機會穿越它之前不會崩潰。

基於作為粒子物理學標準模型一部分的物質，此類蟲洞存在是可能的。唯一的問題是，這些蟲洞只能存在於微觀層面，並且只能存在很小的距離。對於人類旅行而言，蟲洞必須很大，這需要超出標準模型的物理條件。

對於瑪爾達塞納和米利欣而言，這就是Randall-Sundrum II模型（又稱五維扭曲幾何理論）發揮作用的地方。該模型以理論物理學家麗莎·蘭德爾（Lisa Randall）和拉曼·桑德拉姆（Raman Sundrum）的名字命名，以五個維度描述了宇宙，最初是為解決粒子物理學中的層次結構問題而提出的理論模型。

「 Randall-Sundrom II模型是基於這樣的認識，即五維時空也可以用比我們通常探索的能量更低的能量來描述物理學，但是由於它僅通過引力與我們的物質耦合，因此它可以逃脫檢測。實際上，它的物理學類似於在已知的物理學中增加許多強烈相互作用的無質量場，因此，它會產生所需的負能量。」

從外部來看，瑪爾達塞納和米利欣得出的結論是，這些蟲洞類似於中等大小的帶電黑洞，它們會產生類似的強大潮汐力，太空飛行器需要警惕這些潮汐力。他們聲稱，要做到這一點，潛在的旅行者在穿過蟲洞的中心時需要非常大的提升因子。

假設這是可能的，問題仍然是這些蟲洞是否可以充當時空兩點之間的捷徑。如前所述，哈佛大學的丹尼爾·賈菲裡斯（Daniel Jafferis）之前的研究（也考慮了愛因斯坦和內森·羅森的研究）表明，儘管可能，穩定的蟲洞實際上比正常蟲洞需要更長的穿越時間。

但是，根據瑪爾達塞納和米利欣的工作，從旅行者的角度來看，它們的蟲洞幾乎不需要花費時間。從局外人的角度來看，旅行時間會更長，這與廣義相對論相符，在廣義相對論中，接近光速旅行的人會經歷時間膨脹（即時間變慢）。正如瑪爾達塞納和米利欣所說：

「太空人穿過蟲洞，他們僅需花費一秒鐘的時間就可以到達10,000光年的距離（約5萬億英裡或銀河系大小的1/10）。而對於蟲洞外的觀察者來說，這些穿越蟲洞太空人花費了超過10,000年的時間。由於引力使飛船加速和減速，所有這些都無需使用燃料。」

另一個好處是，由於蟲洞本身的引力會加速和減速飛船，因此無需使用燃料就可以穿越這些蟲洞。在太空探索的情況下，飛行員需要導航蟲洞的潮汐力，以將其太空飛行器正確定位，然後讓自然完成其餘的工作。一秒鐘後，它們會出現在銀河系的另一側。

儘管這對於那些認為蟲洞可能成為某天的太空旅行手段的人來說可能可能是一件令人興奮的事情，但瑪爾達塞納和米利的工作也存在一些重大缺陷。首先，他們強調，由於不存在自然形成的合理機制，因此必須使用負質量來設計可穿越的蟲洞。

儘管這是可能的（至少在理論上是這樣），但必須事先提供必要的時空配置。即使如此，所涉及的質量和尺寸仍然很大，以至於這項任務超出了我們可以預見的任何實用技術。其次，只有在空間寒冷而平坦的情況下，這些蟲洞才是安全，而Randall Sundrum II模型除外。

最重要的是，任何進入蟲洞的物體都會加速，甚至宇宙背景輻射的存在也會是一個重大的危險。然而，瑪爾達塞納和米利欣強調，他們的研究是為了表明，由於&34;，可穿越的蟲洞可能存在。

簡而言之，蟲洞不太可能成為在太空中穿行的可用方法，至少在任何可以預見的方式中都是如此。也許他們不會超越卡爾達舍夫II（Kardashev II）型或III型文明，但這只是推測。即便如此，知道科幻小說中的主要內容，並沒有超出可能性的範圍無疑是令人鼓舞的。