虫洞能让你在一秒内穿越整个宇宙,但物理学家宁愿它不存在,因为一旦它被人类打开,所有关于因果、逻辑和时间的规则都将面临崩溃。
爱因斯坦早就发现了这条捷径,他用广义相对论证明,空间并非一块死板的钢板,而是一张可以弯曲的蹦床,弯到极致,两个相隔亿万光年的点就能重合,中间那条连接的短管,就是虫洞。
听起来是完美的星际旅行方案对吧?
既然光速无法超越,那我们就不跑了,直接“抄近道”,但先别急着收拾行李,虫洞连接的不只是空间,还有时间,你从 2025 年的入口跳进去,另一端可能是6500万年前的地球,你或许会亲眼看着灭绝恐龙的小行星在头顶落下。
很多人以为虫洞是科幻作家为了让主角快速换地图而编出来的“剧情道具”,但它是从爱因斯坦的方程里一步一步算出来的,有理有据,童叟无欺。
1915 年,爱因斯坦发表了广义相对论,给出了那个著名的场方程,仅仅几个月后,1916 年,奥地利物理学家路德维希·弗拉姆盯着这个方程看了一会儿,发现了一个奇怪的解,他意识到,如果黑洞存在,那么理论上数学允许存在另一种反转的天体:白洞,黑洞只进不出,白洞只出不进。
如果把这两个怪物的“奇点”对接起来,中间就会形成一条贯穿时空的隧道,1935 年,爱因斯坦和他的助手纳森·罗森正式将这个结构命名为爱因斯坦-罗森桥,这就是虫洞的祖师爷,但这里有一个致命的问题:这座桥,根本没法走。
物理学家约翰·惠勒在 1950 年代仔细审查了这座桥,得出了一个令人绝望的结论:它不稳定到令人发指。
爱因斯坦-罗森桥就像是一个极其敏感的肥皂泡,一旦形成,它会以比光速还快的速度自我坍缩,当你试图迈进去的那一瞬间,隧道中间的咽喉就会“砰”的一声断开,变回两个独立的奇点。你还没来得及看清对面的风景,就已经被夹在时空的夹缝中粉身碎骨。
更可怕的是潮汐力,就算你跑得比闪电侠还快,虫洞内部极端的引力梯度也会教你做人,你的头部和脚部受到的引力差会大到离谱,瞬间将你拉成一根几公里长的“意大利面条”,所以爱因斯坦当年算出虫洞的时候,自己都不信这玩意儿能用,他觉得这只是数学游戏
1988 年,为了帮好友卡尔·萨根写科幻小说《接触》,物理学家基普·索恩和他的学生迈克·莫里斯干了一件疯狂的事,他们不再问“天然虫洞能不能存在”,而是反过来问:如果我们想要一个能让活人安然无恙通过的虫洞,物理定律允许它长什么样?
他们推导出了莫里斯-索恩虫洞,这种新型虫洞没有致死的奇点,也不会瞬间坍缩,你可以像过海底隧道一样从一头走到另一头,但天底下没有免费的午餐,索恩发现,要想让虫洞保持张开不闭合,你必须往里面灌一种极其诡异的建筑材料:负能量物质。
这是什么概念?
普通物质产生引力,倾向于把时空往中间“拉”,导致虫洞坍缩,奇异物质产生斥力,倾向于把时空往外“推”,像千斤顶一样撑住快要塌陷的虫洞喉咙。
问题是,宇宙里有负能量吗?
还真有,1948 年,荷兰物理学家卡西米尔发现了卡西米尔效应:在真空中,两块靠得极近的金属板之间会产生一种神秘的吸引力,这是因为板子之间的真空量子涨落被抑制,导致那里的能量密度低于外部的真空。
能量比“无”还少,这就是负能量,但别高兴得太早,这一效应产生的负能量少得可怜,科学家算过,要撑开一个半径仅为 1 公里的虫洞,所需要的负能量相当于把整个太阳系的质量全部转化为能量,再取负值。
如果不考虑能量问题,假设我们真的造出了一个稳定的虫洞,接下来会发生什么?
最刺激,也最让人恐惧的可能性是:时间旅行,根据广义相对论,引力场强的地方时间流速慢;根据狭义相对论,速度快的地方时间流速慢,如果你把虫洞的一个出口固定在地球,把另一个出口放在一艘以接近光速飞行的飞船上,飞船飞了一圈回来,因为钟慢效应,飞船内的时间可能只过了一年,而地球已经过了十年。
此时,虫洞连接的其实是现在的地球和九年前的地球,你从这一头跳进去,一秒钟后,你就穿越到了过去,这时候,那个让所有物理学家头疼欲裂的幽灵出现了:祖父悖论。
如果你穿越回过去,杀死了年轻时的祖父,那你父亲就不会出生,你也不会存在。但如果你不存在,又是谁穿越回去杀了祖父?
这个逻辑闭环能把人脑子绕成麻花。对此物理学界有几派观点:第一是诺维科夫自洽性原则: 宇宙会自动修正,你的枪会卡壳,或者你认错人,总之你无法改变已经发生的事实,第二是多世界诠释: 你穿越的不是你的过去,而是平行宇宙的过去。你在那里杀了祖父,那个宇宙的你不出生,但原本宇宙的你依然安好。
最后是霍金的时序保护猜想,宇宙根本不允许你这么做,当你试图把虫洞变成时间机器的那一瞬间,量子真空涨落会瞬间摧毁虫洞。
2013 年,物理学界的大佬马尔达塞纳和萨斯坎德提出了一个惊世骇俗的猜想:ER = EPR。
ER:爱因斯坦-罗森桥(虫洞)。
EPR:量子纠缠(爱因斯坦、波多尔斯基、罗森悖论)。
他们认为,这两个看似风马牛不相及的概念,本质上是同一回事,每一个纠缠的量子对之间,实际上都连着一条微型的、普朗克尺度的虫洞。 量子信息之所以能瞬间感应,是因为它们抄了时空的近道。
2022 年底,谷歌的量子计算机 Sycamore 模拟出了一个全息虫洞,观测到了信息像穿过虫洞一样穿过量子系统,虽然这只是模拟,不是在现实中撕开裂缝,但它暗示了我们:虫洞或许不是奇异的天体,而是构成宇宙时空最基础的砖块。
我们离真正的星际穿越还有多远?
老实说非常远,我们没有足够的负能量,不知道如何操控引力,甚至还没亲眼见过一个虫洞,但科学家已经在银河系中心的人马座 A* 黑洞附近寻找线索,如果天然虫洞存在,它会对周围恒星的轨道产生特殊的扰动。
虫洞是物理学留给人类的一道终极谜题,它告诉我们宇宙的时空不是不可撼动的舞台,而是可以被弯曲、折叠、甚至穿透的。只要找到正确的方法,我们就有可能跨越亿万光年的荒原。