让穿越虫洞成为可能：需要调整对引力的认识

北京时间 9 月 1 日消息，有没有兴趣穿越虫洞，穿越时空？也许你也想不费吹灰之力地在宇宙中从一个恒星系统飞越到另一个恒星系统。但是，首先，你最好确保你的虫洞是可穿越的。

任何人试图穿越的那个虫洞如果不满足可穿越这个条件的话，他就有可能被困在虫洞里面，就像被困在坍塌的隧道里一样。

天文学家正尝试虚拟"建造"一个稳定可穿越的虫洞，一个可以安全穿越的虫洞，并且这个理论上的隧道不会坍塌或困住里面的时空穿梭者。他们发现，这样的虫洞确实可能存在，但前提是我们需要调整一下对引力的认识。

可穿越性问题

理论上，虫洞看似非常容易建造。以引力理论为起点。在爱因斯坦的广义相对论中，引力定义了物质和能量、空间与时间之间的关系。建造虫洞的秘诀是找到一个物质和能量的配置，允许你制造出一条隧道 -- 在虫洞研究领域，这个隧道通常被称为"喉咙"-- 连接空间中两个遥远的点。

原则上，虫洞的喉咙可长可短。但是当喉咙远远短于两点之间的正常距离时，更有趣的虫洞出现了，它可以成为一条捷径。当然，虫洞也可以作为时间机器，根据虫洞的构造，可以把人送去未来或送回过去。

几十年来，这个异想天开的"快捷通道"吸引了无数科学家和科幻作者。

拜访其他恒星（乃至其他星系）的可能性，发现外星文明的可能性，以及重回过去或不必等待未来的可能性，一直以来都是人类幻想的一部分，而虫洞为这些问题提供了（相对）简单和统一的解决办法。

但是，基于广义相对论设定的标准所建造的虫洞存在一个主要的问题：它们实际上是不可穿越的。广义相对论的虫洞入口隐藏在事件视界背后，而事件视界是太空中的单向壁垒，也就说进入之后没办法出来。这就意味着，一旦你进入虫洞，你可能永远无法离开，这就违背了穿越虫洞的初衷。

另一个问题是，这些虫洞也非常不稳定。即使是单个光子进入虫洞喉咙的那一瞬间，整个虫洞也会在光子可以逃逸之前灾难性地坍塌。

新的引力

为了解决广义相对论中的这些问题并使虫洞变得稳定，宇宙穿梭者必须用一种极其奇特的成分（一种具有负能量或负质量的物质形式）来塑造虫洞。顾名思义，负质量物质（也叫异常物质）就是，如果某样东西的质量为负的 10 磅，那这个东西就是负质量的。科学家们到现在还没有在宇宙任何地方观察到负质量物质。不过，负能量倒是更容易获得，即在某个特定位置，能量相对于周围环境为负时，那就是负能量，只不过负能量仅能够在微观量子尺度上实现。

这种物质的存在必不可少，因为它可以防止虫洞喉咙在穿梭者进入时坍塌，但这种物质本身也存在问题。它呈现出负的平均能量密度，这是宇宙中极其罕见的一个物质特征，仅在量子水平层面非常特定的情况下可以观察到。

由于这种物质十分罕见，在我们的宇宙中用这种异常物质建造一个完整虫洞的想法几乎不现实。

但是，以上所有这些关于虫洞的假设都是以广义相对论为基础的。虽然广义相对论在过去一个世纪里经受住了每一次的观察和实验考验，但我们依旧清楚广义相对论并非引力的最终定论。相对论无法描述黑洞的中心，宇宙最早期的瞬间以及相对论自身和物理学之间的联系。

所以，或许有一个新的、改进的引力理论可以允许虫洞存在。

让穿越虫洞成为可能

天文学家采用了一个经过调整的引力形式，称为"广义混合度量-帕拉蒂尼引力"。这个引力理论以广义相对论为基础，但物质与能量、时间与空间之间的关系具有更大的灵活性。

早期的研究发现，在这个修改的引力理论下，可穿越的虫洞是可能存在的，但在虫洞喉咙之外仍需要负能量，用普通物质的双层薄壳把虫洞入口分层之后，虫洞无需任何负能量也可穿越。

调整引力之后，这些保证虫洞可穿越性所需的引力效果就会自然而然地产生，我们也就不再需要异常物质（负质量物质）来实现这个目的。

接下来，天文学家希望测试这个修改后的特殊引力理论。这只是朝着最终目标迈出的一小步。现在，我们必须用实验数据和观测（如引力波和银河系中心附近的恒星轨迹）来进行测试，但愿可以确认这些理论的有效性。

虽然到目前为止广义相对论已经解释了所有的引力测量（包括引力波和黑洞附近的引力），但故事远未结束。未来的观测或许会在这个古老的理论中找到一个突破口。如果广义混合度量-帕拉蒂尼引力可以更好地解释宇宙观测，那么为时空旅行而设计的虫洞也许真的可行。

但问题不会就此结束。虫洞另一方面也可以穿越时间。所以一个可行的虫洞解决方案也将意味着人类可以回到过去；这又会引发一系列难题（如所谓的"祖父悖论"以及有关因果关系的问题）。不过可以肯定的是，可穿越虫洞的存在不仅会使我们的科幻梦想成真，我们对物理学的理解也将被彻底颠覆。