新研究指在量子物理學領域內蟲洞實際上是可能存在的 人類旅行者穿越蟲洞將十分安全

新研究指在量子物理學領域內蟲洞實際上是可能存在的 人類旅行者穿越蟲洞將十分安全

（神秘的地球uux.cn報導）據新浪科技：國外媒體報導，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，穿過蟲洞的時間可能要比穿過正常空間的時間更長，而且（或者）這些蟲洞可能是微觀的。在一項新研究中，兩位常春藤科學家提出，如果存在標準模型之外的物理學理論，可能就意味著蟲洞的大小不僅足以穿越，而且對於從A點到B點的人類旅行者來說，穿越蟲洞將是十分安全的。

這項研究的題目是《人類可穿越的蟲洞》（Humanly traversable wormholes），由普林斯頓高等研究院的理論物理學家胡安·馬爾達塞納（Juan Maldacena）和普林斯頓大學天體物理學研究生阿列克謝·米萊金（Alexey Milekhin）共同完成。此前，這兩位研究者已經撰寫了大量關於蟲洞的文章，並深入探討了蟲洞如何成為一種穿越太空的安全工具。

關於蟲洞的理論出現在20世紀早期，以回應愛因斯坦的廣義相對論。第一位假設蟲洞存在的是德國物理學家和天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild），他對愛因斯坦場方程的解（Schwarzschild metric，又稱史瓦西解、史瓦西度規）獲得了黑洞存在的第一個理論基礎。

史瓦西解的一個結果便是他所謂「永恆的黑洞」，本質上是時空中不同點之間的連接。然而，這些「史瓦西蟲洞」（又稱「愛因斯坦-羅森橋」）並不穩定，因為任何物體從一端穿越到另一端時都會很快坍塌。

正如馬爾達塞納和米萊金所解釋的那樣，可穿越蟲洞需要特殊的環境才能存在。其中就包括負能量。在經典物理學中，負能量是不允許存在的，但在量子物理學領域中是可能的。他們聲稱，卡西米爾效應（Casimir Effect）就是一個很好的例子，即量子場在沿著閉合圓環傳播時能夠產生負能量。

「然而，這種效應通常很小，因為是量子效應。在我們之前的論文《在四維中可穿越的蟲洞》（Traversable wormholes in four dimensions）中，我們意識到，這種效應對於具有大磁荷的黑洞來說是相當可觀的。在新的理論中，我們使用了帶電荷的無質量費米子（類似電子但質量為零的粒子）的特殊性質。對於帶磁荷的黑洞，這些粒子會沿著磁場線運動（在某種程度上類似於太陽風的帶電粒子在地球極地附近產生極光）。」

這些粒子可以先進入一個點，然後繞圈運動，從空間中一開始的位置出現。這一事實意味著「真空能量」能夠被修改，並且可以是負的。這種負能量的存在又能夠支持穩定的蟲洞的存在，使其作為時空點之間的橋梁，在物體有機會穿越它之前不會坍塌。

基於物質是粒子物理學標準模型的一部分，這樣的蟲洞是可能的。唯一的問題是，這些蟲洞必須十分微小，而且只能在非常小的距離內存在。對於人類旅行者來說，蟲洞必須足夠大才能穿越，這就需要用到超出標準模型的物理學理論。

對馬爾達塞納和米萊金而言，這就是第二類藍道爾-桑德魯姆模型（Randall-Sundrom II，又名五維捲曲幾何理論）開始發揮作用的時候。該模型以理論物理學家麗莎·藍道爾（Lisa Randall）和拉曼·桑德魯姆（Raman Sundrum）的名字命名，從五維的角度描述了宇宙，其最初提出是為了解決粒子物理學中的一個層次結構問題。

研究者稱：「第二類藍道爾-桑德魯姆模型是基於這樣一種認識，即這種五維時空也能以較低的能量來描述物理，這種能量比我們通常研究的更低。但是，我們可能會探測不到這種五維時空，因為它只通過引力與我們的物質耦聯。事實上，它的物理學類似於在已知的物理學中加入許多強相互作用的無質量場，從而產生所需的負能量。」

馬爾達塞納和米萊金得出結論，這些蟲洞從外部來看，將類似於中等大小的帶電荷黑洞，會產生同樣強大的潮汐力，這是太空飛行器需要警惕的。他們指出，要安全穿越這種蟲洞，人類旅行者在通過其中心時將需要一個非常大的助推因子。

假設這一切都可以實現，那麼問題就來了：這些蟲洞是否可以作為時空兩點之間的捷徑？哈佛大學的丹尼爾·賈弗裡斯（Daniel Jafferis）此前的研究，以及愛因斯坦和納森·羅森（Nathan ）的工作表明，儘管穩定的蟲洞有可能存在，但穿越它們實際上需要比穿越普通空間更長的時間。

然而，根據馬爾達塞納和米萊金的研究，從旅行者的角度來看，他們的蟲洞幾乎不需要花什麼時間就能穿過。從局外人的角度來看，穿越的時間將會長得多，這與廣義相對論是一致的。在廣義相對論中，接近光速的人將會經歷時間膨脹（即時間變慢）。正如馬爾達塞納和米萊金所說：

「對於太空人來說，穿越蟲洞意味著他們只需要1秒時間就能夠穿越10000光年的距離（大約是銀河系大小的十分之一）。而在外面的觀察者看來，這一穿越過程需要一萬多年的時間。這一切都不需要燃料，因為引力會使飛船加速和減速。」

不需便是穿越這些蟲洞的另一個好處，因為蟲洞本身的引力會使宇宙飛船加速和減速。在太空探索的場景中，飛行員需要駕馭蟲洞的潮汐力，使他們的飛船處於合適的位置，然後讓蟲洞來完成餘下的工作。一秒鐘之後，飛船就會出現在銀河系的另一邊！

對一些人來說，這一研究非常令人鼓舞，因為蟲洞有可能在未來成為太空旅行的手段。不過，馬爾達塞納和米萊金的工作也具有一些明顯的缺點。首先，他們強調可穿越蟲洞必須使用負質量來設計，因為已知沒有合理的機制使其能自然形成。

儘管存在可能性（至少在理論上），但必要的時空配置需要提前出現。即便如此，蟲洞所涉及的質量和規模如此之大，以致於這項任務將超出我們所能預見的任何實用技術。其次，這些蟲洞只有在空間為寒冷、平坦的情況下才足夠安全，而在第二類藍道爾-桑德魯姆模型之外，情況並非如此。

最重要的是，任何進入蟲洞的物體都會加速，甚至無處不在的宇宙背景輻射也會帶來巨大的危險。但馬爾達塞納和米萊金強調，他們的研究是為了證明可穿越蟲洞的存在是「廣義相對論和量子物理學之間微妙的相互作用」的結果。

簡而言之，蟲洞不太可能成為一種穿越空間的實用方式，至少還不存在任何可預見的方式。也許製造這種蟲洞沒有超出卡爾達肖夫Ⅱ型或Ⅲ型文明（Ⅱ型文明為星際或恆星文明，能利用其他行星的所有能量；Ⅲ型文明為星系文明，能在自己的星系範圍內利用所有能量），但仍只是一種猜測。即便如此，當看到科幻小說中重要的元素有可能成為現實，還是相當令人鼓舞的。