什么是蟲洞？它真的存在嗎？深度解析，一文讀懂

你有沒有過這樣的經(jīng)歷：一座大山橫在兩個城鎮(zhèn)之間，居民想要互相拜訪，得沿著山腳繞上大半天的路；但如果能在山體里挖一條筆直的隧道，就能直接穿山而過把路程縮短到十幾分鐘。

蟲洞的概念本質(zhì)上就是這條穿山隧道——只不過它打通的不是山體，而是我們所處的四維時空。

在廣義相對論的框架里，時空不是平坦不變，而是會被質(zhì)量和能量扭曲、彎折。

就像一張繃緊的床單放上一個鉛球會陷下去，恒星、黑洞這些大質(zhì)量天體會把時空“壓”出凹陷。

而蟲洞，就是把兩個原本相隔極其遙遠的時空凹陷用一條“時空隧道”連在了一起。

這條隧道能把星際旅行的距離降到不可思議的程度：原本需要以光速飛行數(shù)百萬年、甚至上億年才能到達的另一個星系，通過蟲洞，或許只需要幾個小時、甚至幾分鐘就能抵達。

這里也要特別說明一點：這并不違反愛因斯坦相對論里“光速不可超越”鐵律，因為你并沒有在正常的時空里跑得比光快，只是走了一條時空的“近道”而已。

說到這里，你可能會覺得這都是科幻小說的情節(jié)，但其實蟲洞是有嚴謹?shù)睦碚撝蔚摹?/p>

1915年愛因斯坦提出廣義相對論，他用一組場方程精準描述了時空和引力的關(guān)系，僅僅一年后，德國物理學(xué)家卡爾·史瓦西就得到了這組方程的第一個精確解——也就是后來描述靜態(tài)不旋轉(zhuǎn)黑洞的史瓦西度規(guī)。

而到了1935年，愛因斯坦和他的同事納森·羅森，在史瓦西解的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了場方程的一種特殊解：它可以連接兩個原本相互獨立的時空區(qū)域，就像一座架在兩個時空之間的橋，這就是最早的蟲洞理論模型——愛因斯坦-羅森橋。

直到今天，蟲洞的解依然頻繁出現(xiàn)在廣義相對論、量子引力等前沿物理的方程里。

不過，雖然我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了黑洞的蹤跡，但蟲洞依然只是存在于理論之中。

所以，這就引發(fā)了一個問題：蟲洞到底存不存在？

目前，主流科學(xué)界認為蟲洞在現(xiàn)實應(yīng)該不會存在，其核心問題在于：蟲洞太不穩(wěn)定了。

因為和宇宙中所有的天體一樣，蟲洞也會受到自身引力的作用，而引力天生就有向內(nèi)收縮的趨勢。

持懷疑態(tài)度的科學(xué)家認為，普通的蟲洞一旦形成就會在自身引力作用下瞬間坍縮，在它形成的極短時間里，連光都來不及從一端穿到另一端。

而想要讓蟲洞保持打開且穩(wěn)定存在，就必須有一種能向外“推”的力來抵消自身的引力收縮。

1988年，物理學(xué)家莫里斯和索恩在論文里提出了可穿越蟲洞的理論模型，證明想要支撐起一個能讓飛船安全通過的宏觀蟲洞，必須用到一種特殊的物質(zhì)，也就是我們平常所說的擁有負能量的奇異物質(zhì)。

這種物質(zhì)具有負的能量密度能產(chǎn)生排斥性的引力，剛好可以抵消蟲洞自身的收縮力，把蟲洞撐住，讓它保持穩(wěn)定。

而這種效應(yīng)，科學(xué)家也已經(jīng)在實驗室有所發(fā)現(xiàn)，這個發(fā)現(xiàn)被稱為卡西米爾效應(yīng)，不過這種效應(yīng)產(chǎn)生的負能量極其微小，完全不足以支撐起一個宏觀的蟲洞。

但也有科學(xué)家推測，宇宙大爆炸的初期，可能產(chǎn)生過很多微觀的原初蟲洞，隨著宇宙的膨脹，這些微小的蟲洞被拉扯、放大，從而變成宏觀的、可以穿越的蟲洞。

不過這也只是理論推測，沒有任何觀測證據(jù)。

其實，蟲洞現(xiàn)在的處境和一百年前的黑洞幾乎一模一樣。

很多人以為黑洞是近代才提出的概念，但早在1783年，英國物理學(xué)家約翰·米歇爾就提出了“暗星”的猜想：如果一顆恒星的引力大到連光都無法逃逸，那我們就永遠看不到它。

1916年史瓦西得到了廣義相對論的黑洞解，但當時的頂尖物理學(xué)家，包括愛因斯坦本人都拒絕相信這種詭異的天體，直到1967年，物理學(xué)家約翰·惠勒才正式給它起了“黑洞”這個名字，又過了幾十年，直到人們發(fā)現(xiàn)第一顆黑洞天鵝座X-1，及2015年人類首次探測到雙黑洞合并的引力波，2019年拍到了人類首張黑洞照片，黑洞才從理論猜想變成了被證實的、無可爭議的天體。

而蟲洞的故事，或許就像黑洞那樣，我們現(xiàn)在沒有找到它存在的證據(jù)，但這并不代表它不存在；或許只是我們?nèi)缃竦挠^測技術(shù)還沒有達到能發(fā)現(xiàn)它的程度。

現(xiàn)在，天文學(xué)家也在想辦法尋找蟲洞的痕跡。

比如，如果銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞附近存在蟲洞，那它的引力會影響周圍恒星的運行軌道，我們可以通過高精度的觀測，發(fā)現(xiàn)恒星軌道上的異常波動；還有一種方法，就是通過引力透鏡效應(yīng)——蟲洞對背景星光的扭曲方式和黑洞是完全不同，如果我們捕捉到了這種特殊的引力透鏡信號，就有可能找到了蟲洞存在的證據(jù)。

如果未來有一天，我們真的找到了蟲洞存在的鐵證，那它帶來的沖擊，將不亞于廣義相對論的提出，它會徹底顛覆我們對時空、對宇宙的認知，甚至還可以讓我們從此實現(xiàn)星際旅行、甚至?xí)r間旅行。

當然，直到今天，蟲洞依然是理論物理里的“前沿猜想”，它在科幻作品里頻繁登場，也在頂尖物理學(xué)家的方程里反復(fù)出現(xiàn)。

它就像宇宙給我們留的一道謎題，等著我們用更先進的技術(shù)、更深刻的理論，去找到它的答案。

我是滕寶，一個熱愛天文的科普創(chuàng)作者，還希望大家多多關(guān)注與支持