仙女座大星系(M31)距離銀河系約260萬光年，和銀河系以及周圍其它幾個伴星系共同組成一個星系群
新浪科技訊 北京時間3月19日消息，據(jù)國外媒體報道，蟲洞一直以來都是科學(xué)家和科幻迷們熱議的話題之一。這種一種神奇的時空通道，你從蟲洞的這一端進(jìn)入，當(dāng)你從另一端出來時，你可能已經(jīng)身處冥王星，甚至遠(yuǎn)在數(shù)百萬光年外的仙女座星系。
當(dāng)然，毫不奇怪的，至今還沒有任何人曾經(jīng)真正制造出這樣一個蟲洞設(shè)備，甚至連接近造出的進(jìn)展都沒有。其中的一大原因就是蟲洞極不穩(wěn)定，即使是在論文中，科學(xué)家們也已經(jīng)注意到它們有著會在一瞬間關(guān)閉的強烈趨勢，除非有某種具有負(fù)能量的特殊“物質(zhì)”才能讓其保持開放，但這種物質(zhì)本身是否存在仍然存有很大的疑問。
再現(xiàn)曙光
但是現(xiàn)在這一切似乎都將出現(xiàn)改變。一個由德國和希臘科學(xué)家組成的國際小組最近證明，制造出一個蟲洞或許并不需要用到任何這種奇異的負(fù)能量物質(zhì)。來自德國奧登堡大學(xué)的波柯哈德·克萊豪斯(Burkhard Kleihaus)表示：“你甚至連具有正能量的常規(guī)物質(zhì)都不需要。蟲洞不需要任何東西就可保持開放。”
這項發(fā)現(xiàn)開啟了一項潛在的可能性，那就是我們或許將來有朝一日會在太空中找到一個蟲洞。宇宙中那些遠(yuǎn)比我們先進(jìn)的技術(shù)文明或許早已開始利用蟲洞這種星際地鐵系統(tǒng)往返于廣袤的宇宙空間。甚至最終我們自己也將可以利用這種蟲洞交通系統(tǒng)作為我們通往其它宇宙的通道。
蟲洞的概念最早出現(xiàn)還要追溯到愛因斯坦提出的廣義相對論，在這一理論中，愛因斯坦指出引力是一種假象，它的本質(zhì)是由于能量引起的時空彎曲，最常見的這一現(xiàn)象就是由大質(zhì)量的恒星和星系導(dǎo)致的。就在1916年愛因斯坦發(fā)表他的論文后不久，奧地利物理學(xué)家德維希弗·弗拉姆(Ludwig Flamm)便發(fā)現(xiàn)這一理論將可以導(dǎo)出某種穿越時空的“通道”。
但對蟲洞這一概念進(jìn)行詳細(xì)研究的還是愛因斯坦本人，他和另一位著名的物理學(xué)家內(nèi)森·羅森(Nathan Rosen)一起進(jìn)行了這項研究工作。在1935年，他們提出了一種連接兩個黑洞的時空通道的概念，即所謂的愛因斯坦-羅森橋。但是要想穿越這條時空隧道，就必須要求這條隧道兩端的黑洞是某一特定的類型。傳統(tǒng)定義中的黑洞具有極強的引力效應(yīng)，物質(zhì)一旦在其作用下穿越一道所謂“視界”的終極界限便將萬劫不復(fù)，永遠(yuǎn)無法逃離。而在愛因斯坦和羅森的理論中，物質(zhì)將可以穿過這條通道的兩端。
愛因斯坦和羅森構(gòu)建他們的這一理論似乎僅僅是出于一種好奇心，那就是：蟲洞通向的目的地幾乎是無法想象的。蟲洞能帶我們?nèi)ネ哪康牡厥橇硪粋€平行宇宙中的某一空間區(qū)域，在那個宇宙中或許有著它們自己的星系，恒星和行星。當(dāng)然對于今天的科學(xué)界來說這樣的假設(shè)是非常合理而自然的，但是在愛因斯坦和羅森生活的年代，這種想法幾乎是讓人難以想象的。
幸運的是，在廣義相對論中還允許出現(xiàn)另一種類的蟲洞。1955年，美國物理學(xué)家約翰·惠勒(John Wheeler)證明有可能將我們這一宇宙中的兩處不同區(qū)域連接起來，并以此實現(xiàn)高速的星際旅行。他在這里正式采用了“蟲洞”這一吸引人眼球的名字，而他本人對于黑洞的命名也曾做出貢獻(xiàn)。但是他的這一蟲洞版本同愛因斯坦-羅森的版本都具有同樣的缺陷，那就是它們非常不穩(wěn)定。即便是讓一顆光子進(jìn)入其內(nèi)部都將立即引起黑洞視界的形成并導(dǎo)致蟲洞關(guān)閉。
打破僵局
有趣的是，將這一僵局進(jìn)一步向前推動的卻是一位美國的行星天文學(xué)家卡爾·薩根。在他的科幻小說《超時空接觸》中，他需要構(gòu)思一種在科學(xué)上能站得住腳的高速星際旅行方式，以便讓他筆下的女英雄實現(xiàn)在時空中的穿梭。這部小說后來被拍成了同名電影，片中的女主角艾莉由著名美國女演員朱迪·福斯特飾演。于是困擾的薩根向加州理工學(xué)院理論物理學(xué)家基普·索恩(Kip Thorne)求助，后者很快意識到蟲洞的概念可以幫助解決這一問題。1987年，索恩和他的研究生麥克·莫里斯(Michael Morris)和尤里·約瑟夫(Uri Yertsever)一起，提出了一種可以實現(xiàn)星際旅行的蟲洞方案。他們證明，如果能找到某種具有負(fù)能量的物質(zhì)，那么只要使用足夠多的這種物質(zhì)，其負(fù)能量性質(zhì)將產(chǎn)生對引力的自然對抗，如此便能保持蟲洞的開放。
而負(fù)能量物質(zhì)也并沒有它的名字聽上去那么荒謬。想象兩塊平行放置的金屬片，一同置于真空中。如果你將這兩塊金屬片不斷相互接近，它們當(dāng)中相隔的真空區(qū)域?qū)⒕哂胸?fù)能量——即這里具有較之外部真空區(qū)域更低的能量。這是因為正常狀態(tài)下的真空就像是波濤洶涌的大海，而當(dāng)兩塊金屬片非常接近時，較大的波浪將無法通過，于是便被排除在外。于是留在兩塊金屬片之間區(qū)域的能量就將少于外側(cè)其它區(qū)域。
不幸的是這樣的負(fù)能量實在太微不足道，根本無法用于維持蟲洞的開放。事實上，索恩和他的合作者們提出的蟲洞開放策略將需要巨大的負(fù)能量來源，其總量幾乎將相當(dāng)于一顆普通恒星在一年中釋放出的能量中的很大一部分。
回到之前的話題，或許我們將可以找到某種方法來繞過這一難題？到目前為止，所有的蟲洞理論提出的基礎(chǔ)都是以愛因斯坦的廣義相對論不謬為前提的。但事實上這樣的前提或許并不是牢固的。首先，這一理論在黑洞視界范圍內(nèi)將會失效，并且也無法用于解釋宇宙極早期的現(xiàn)象。而描述微觀世界的量子理論卻取得了巨大的成功，它幾乎可以解釋一切事物，從地面為什么是堅硬的，到太陽為什么可以發(fā)光。很多研究者都認(rèn)為，愛因斯坦的相對論一定是某種更加深刻理論的一種近似。
超越愛因斯坦
人們對于這一更深層次理論的最初探索出現(xiàn)在1921年。當(dāng)時物理學(xué)家西奧多·卡魯扎(Theodor Kaluza)和奧斯卡·克萊(Oskar Klein)受到愛因斯坦理論的啟發(fā)，愛因斯坦指出引力是一種錯覺，它實際上只是四維時空的彎曲，他巧妙地將傳統(tǒng)的三維空間和時間結(jié)合在了一起。他們兩人進(jìn)一步發(fā)展了這一理論，并證明引力和電磁力實際上都可以用一個五維空間的彎曲來進(jìn)行解釋。在那之后，弦理論更是指出，自然界中的所有4種基本力都可以用10緯空間的彎曲來進(jìn)行解釋。
很不幸，當(dāng)維度超過四維時，這一強大的理論將禁止蟲洞的存在，除非有強大的負(fù)能量可以維持它的開放狀態(tài)。2002年，俄羅斯莫斯科引力和基礎(chǔ)測量中心的克里爾·布羅尼科夫(Kirill Bronnikov)和韓國首爾梨花女子大學(xué)的金宋萬(音譯：Sung-Won Kim)共同提出了一種新的可能性，他們提出了一種不需要負(fù)能量物質(zhì)維持開放的蟲洞方案。他們基于膜理論原理提出了一系列新的蟲洞備選方案。膜理論認(rèn)為我們所處的世界是一座四維孤島，它漂浮在更高的維度之海中。布羅尼科夫說：“我們不需要任何幽靈般的物質(zhì)就可以讓蟲洞保持任意大小。”
然而像弦理論這類涉及高維的理論都極端復(fù)雜。同樣來自德國奧登堡大學(xué)的克萊豪斯的同事約塔·昆茲(Jutta Kunz)和希臘約阿尼納大學(xué)的帕那吉塔·坎提(Panagiota Kanti)最近正在從事對愛因斯坦理論的拓展工作，試圖使其更加便于處理。這一理論體系最簡略的形式名為DEGB理論。
如果更高的維度處于卷縮狀態(tài)，它們可以變得非常微小，這也就解釋了為何我們通常無法直接感受到它們存在的原因。而讓弦理論中涉及的另外6個維度卷縮的過程又會形成幾個新的力場。和廣義相對論將引力概括為時空的彎曲類似，DEGB理論中的引力同樣有賴于時空和更高維度上的彎曲。
將這種理論應(yīng)用于引力方程之后，克萊豪斯和他的同事們找到了有關(guān)蟲洞的一個解。它不需要任何負(fù)能量來維持自身的開放，或者更加準(zhǔn)確的說，是根本不需要任何物質(zhì)來維持自身的開放。
其它研究人員對這一結(jié)果表示審慎的歡迎。如法國亞原子物理和宇宙學(xué)研究所的奧列的林·巴羅(Aurélien Barrau)表示：“我認(rèn)為這項進(jìn)展是重要的，它讓蟲洞旅行變得更加可能。然而盡管這項方案將不要用用到任何形式的物質(zhì)，但是這項研究聽上去仍然讓人感到難以置信。”
星際旅行近在咫尺？
綜合以上各位學(xué)者所做的工作，看起來蟲洞似乎真的有望成為后愛因斯坦時代天體物理學(xué)研究目標(biāo)清單上的一員。令人興奮的是，克萊豪斯小組提出的蟲洞模型是連接起兩個不同宇宙中不同區(qū)域的通道。愛因斯坦時代看上去似乎完全不切實際的理論在今天正漸漸接近現(xiàn)實。弦理論的提出讓很多研究人員認(rèn)為我們所在的三維空間實際上是三層漂浮在更高維度海洋中的膜。但在這一切之外，或許還存在著4膜，5膜甚至更高的世界。突然之間，連接起不同宇宙間的蟲洞似乎變得有趣起來了。
這樣的蟲洞真的會存在于宇宙中嗎？很有可能。惠勒指出，量子漲落效應(yīng)將會讓原本呈波浪狀起伏的時空網(wǎng)格變成一團劇烈糾纏的復(fù)雜形狀體，即所謂的“量子泡沫”。根據(jù)這幅圖景，極微小的，具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的蟲洞可以在一瞬間出現(xiàn)或消失。
除此之外還有一種自然的過程可以放大這些蟲洞，讓它們可以滿足時空穿梭的需要。有一種效應(yīng)我們稱之為“暴漲”，這種效應(yīng)在宇宙誕生極早期曾經(jīng)發(fā)揮極重要作用，新生的宇宙在一瞬間以不可思議的速度劇烈膨脹?？巳R豪斯說：“與此同時，其中包含的蟲洞結(jié)構(gòu)也將隨著這種劇烈的膨脹而急劇變大。”
研究小組仔細(xì)考察了他們提出的這一蟲洞膨脹方案。為了通過這樣一個蟲洞，物體本身各處所受的引力差異不能過大，以便保持物體本身的完整性，這就決定了能通過這種蟲洞的物體必須非常微小?？巳R豪斯說，好消息是光子和亞原子粒子都能夠輕易通過這一通道。而要想讓人體這樣大型的物體不受傷害地穿過這一通道，蟲洞的入口曲率必須非常平緩，而這就意味著這一蟲洞的入口直徑將達(dá)到數(shù)十到上百光年。
如果你覺得這樣做幾乎是不可能實現(xiàn)的，那么從另一個相反的角度考慮一下吧。根據(jù)克萊豪斯的說法，這種蟲洞的規(guī)模意味著我們有了極好的機會可以在宇宙中找到它們。當(dāng)使用望遠(yuǎn)鏡掃描天空時，一旦望遠(yuǎn)鏡的視線接觸到一個蟲洞，我們視野中的景象將會發(fā)生突然的變化。正如克萊豪斯所說：“蟲洞的入口畢竟是通往另一個宇宙的窗子。”
但總體而言即便是規(guī)模巨大的蟲洞，要想鎖定其位置也相當(dāng)困難。當(dāng)它們隱藏于塵埃，氣體和繁星之中，它們看起來將和黑洞非常相似。甚至連人馬A，即我們銀河系中心位置的超大質(zhì)量黑洞可能都是一個蟲洞?？巳R豪斯說，唯一能確認(rèn)的方法就是研究落入其中的物質(zhì)的行為特征。
觀測顯示當(dāng)物質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)落向黑洞時，其周遭形成的吸積盤溫度將達(dá)到極高的水平，甚至引發(fā)強烈的X射線輻射?？茖W(xué)家們認(rèn)為在蟲洞入口附近將會發(fā)生同樣的事情。目前沒有任何人能夠制造出一臺分辨率足以看清黑洞中央位置情形的望遠(yuǎn)鏡，不過天文學(xué)家們確實正在努力嘗試制造一臺可以觀測到人馬A附近情形的望遠(yuǎn)鏡設(shè)備。假如人馬A真的是一個黑洞，我們就應(yīng)當(dāng)會看到當(dāng)物質(zhì)穿過黑洞視界的一剎那，其發(fā)出的X射線輻射將會戛然而止并且永不出現(xiàn)。而在另一方面，假如這里其實是一個蟲洞的入口，那么我們將仍然能夠看到X射線發(fā)出，因為蟲洞本身并無事件邊界存在。
克萊豪斯和他的同事們同時也希望其它天文學(xué)家能夠幫助他們，提出其它有可能有助于區(qū)分蟲洞和黑洞的觀測性質(zhì)差異。有一種說法是認(rèn)為，當(dāng)一個蟲洞運行至一顆遙遠(yuǎn)恒星與地球之間的位置時，其質(zhì)量將導(dǎo)致遙遠(yuǎn)背景恒星的光線發(fā)生彎曲，產(chǎn)生所謂“引力透鏡”的效應(yīng)，這種由蟲洞產(chǎn)生的引力透鏡效應(yīng)應(yīng)當(dāng)是獨特的。
盡管現(xiàn)在我們擁有的DEGB理論只是提出了一種能夠連通不同宇宙之間的蟲洞模型，但是很有可能還存在其它類型的蟲洞可以連接起我們這個宇宙中的不同部分?？巳R豪斯和他的同事們正打算就這一問題展開研究。這樣一種蟲洞如果真的存在，將有望打開星際地鐵旅行系統(tǒng)的新視野。
但是在你開始攢錢準(zhǔn)備買票上車之前，請記住，我們的銀河系里或許并沒有設(shè)立這一宇宙地鐵系統(tǒng)的車站。這是因為在我們的星系中有上千億顆恒星彼此非常緊密地擠在一起。這樣的密度當(dāng)然并不會影響開口直徑數(shù)十光年蟲洞的存在，但是想妥善地設(shè)置一個“車站”并不讓附近的星系落入其中，其難度將大大增加，因此蟲洞的使用者們或許會刻意避開我們的星系。
但是在星系之間的廣袤空間，這樣的問題當(dāng)然就不復(fù)存在了。或許就在此時此刻，正有一條巨大的星系地鐵系統(tǒng)連接著銀河系附近的某一空曠區(qū)域和仙女座星系，麥哲倫星系甚至遙遠(yuǎn)的渦狀星系。坐上這樣的地鐵一定比城市里的地鐵要酷的多了。(晨風(fēng)
