改變形狀或可使蟲洞變得更穩定
蟲洞是一種極不穩定的結構。哪怕一個光子滑落進去,蟲洞都會在瞬間關閉。但這會不會是因為,我們對蟲洞的想像還不夠奇特和古怪呢?一項新研究指出,要想賦予蟲洞穩定的結構,秘訣或許在於改變蟲洞的外觀。如果蟲洞不再是一個完美的球體,也許就能敞開足夠長的時間、讓我們從中穿過了。唯一的問題在於,這個蟲洞必須小到難以想像才行。
深入蟲洞
假如蟲洞真的存在,它們可以讓你在瞬息之間從A點到達極遠處的B點,相當於用“作弊碼”帶你抄了一條近道。看到夜空中那顆距我們數百萬光年的恆星了嗎?假如有一個將你與這顆恆星相連的蟲洞,你在短短幾分鐘之內即可抵達。聽上去這麼神奇,難怪蟲洞幾乎成為了科幻小說的“標配”。
但蟲洞並不是我們憑空想像出的產物,而是根據愛因斯坦廣義相對論推算出的結果。廣義相對論是現代人對引力作用機制的理解方式,認為物質和能量可以使時空紋理髮生彎曲或扭曲,而時空的彎曲和扭曲反過來也會影響物質的運動方式。
有人不禁想到,時空能否被彎曲到與自身重疊的程度?這樣一來,就可以在兩個相距甚遠的點之間構建起一條短距離通道了。
1970年,科學家驚訝地發現,這個問題的答案竟然是肯定的。在廣義相對論的框架下,蟲洞完全有可能實現。
只有一個問題:這些蟲洞非常容易坍塌,往往剛剛形成便土崩瓦解。
穩定的關鍵
蟲洞之所以如此不穩定,是因為它們本質上是由兩個黑洞相互接觸構成的。這兩個黑洞在各自的奇點處與彼此相連,從而形成了一條通道。
但奇點處的密度無限大,並且周圍圍繞著一圈名叫事件視界的區域。事件視界是一道有去無回的邊界,一旦你跨過了黑洞的事件視界,就再也無法從中逃出。
為解決這一問題,蟲洞的入口必須位於事件視界之外。這樣你才能從蟲洞中穿過去,而不會闖入事件視界、永遠無法逃脫。
但一旦你進入了蟲洞,蟲洞中就會充斥著你的質量,你的引力也會使蟲洞通道發生扭曲,導致蟲洞坍塌,就像橡皮筋受到太大的拉力崩斷了一樣,只剩下兩個相互獨立的黑洞(你的身體碎片也會散落到宇宙各處)。
而科學家發現,有一種方法既能讓蟲洞入口位於事件視界之外、又能讓蟲洞保持足夠長時間的穩定狀態。但這種方法需要用到負質量物質。負質量與普通的質量沒什麼不同,只不過多了一個“負”字。如果收集到了足夠多的負質量物質、將它們集中在一處,便可使蟲洞保持開啟狀態。
但就我們所知,擁有負質量的物質並不存在。我們尚未發現它們存在的證據,並且假如這類物質真的存在,將違反許多宇宙法則,如慣性和動量守恆等等。例如,假如你踢了一個負質量的球,它會向後飛去;假如你把一個負質量物體推向一個正質量物體,它們不會相互吸引,反而會相互排斥,永遠以加速狀態朝著遠離對方的方向運動下去。
既然宇宙中似乎不存在負質量物質,蟲洞好像也不大可能存在。
在量子理論中尋找慰藉
但以上針對蟲洞的假設都是建立在廣義相對論的基礎之上的。這是我們目前對引力作用機制的理解,而這種理解還不夠完善。
我們知道,廣義相對論無法描述宇宙中所有的引力相互作用,因為對於極小尺度下的極大引力(如黑洞內部的奇點),這套理論就會失靈。要解決這一問題,我們需要藉助量子引力理論,它可以將我們對亞原子粒子世界的認識與對大尺度引力的理解相結合。但量子引力理論至今仍未成型,因為每當我們想將微觀世界與宏觀世界的理論合二為一,最終總會遇到說不通之處。
不過,我們對量子引力的作用機制已經有了一些猜測。並且我們對此研究得越多,對蟲洞的可行性的認識就越多。我們也許會以全新的、更佳的視角認識引力,在這套新框架下,我們根本不需要負質量物質,便可構建出穩定的、能容人穿行的蟲洞。
伊朗德黑蘭大學的兩名理論學家在論文預印網站arXiv上發表了一篇針對蟲洞的新研究。他們運用了一些特殊的技巧,研究了量子力學可能對標準廣義相對論框架造成哪些改變。研究發現,穩定可穿行的蟲洞也許無需負質量物質便可實現,但蟲洞入口需要稍微拉長一些、不能是完美的球形。
雖然該研究結果很有趣,但存在一處缺陷:這些假想中的可穿行蟲洞體積極小,直徑最大隻有1.61×10-35,任何想從中穿過的人或物體都不能比這大,並且必須以接近光速的速度運行。
雖然存在局限性,但此次研究的確在蟲洞問題上打開了一條縫隙,為更多後續研究提供了可能。