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  一个可穿行的虫洞应该满足下面几个条件:
  1)虫洞是稳定的,或者至少可以存在很长时问,而不能像史瓦西虫洞那样,还没等物质传过去,它就关闭了;
  2)虫洞内部不含有事件视界,这样物质才可以自由地双向穿行;
  3)穿过虫洞得在有限时间内完成。
  另外,如果人要驾驶宇宙飞船穿过虫洞,虫洞内部潮汐力的加速度得足够小,至少得小于人体所能承受的加速度(大约相当于重力加速度的10倍)。1988年,索恩和他的学生麦克&莫里斯详细地探讨了这种虫洞。根据爱因斯坦的引力方程,他们发现这种虫洞如果存在的话,其内部必须存在平均能量密度为负数的物质(下面把它称为“奇异物质”)。
  这种奇异物质并不是十分的古怪,事实上我们在实验室中就可以产生它。例如,真空中彼此平行的两片金属板之间将会存在一种吸引力。因为真空并不是真的空,而是充满了能量的涨落。能量的涨落会产生虚粒子,不过金属板之间只能装下特定波长的虚粒子,这样就会导致金属板之间的真空能量比其他正常空间里的能量低。真空是平均能量为零的空间,这样金属板的空间就是平均能量为负的空间了。金属板之间的物质就可以认为是具有负能量的奇异物质。如果这样的奇异物质贯穿到虫洞之中,虫洞就有足够的时间保持开放状态让物质通过。
  在高维世界打开虫洞
  虽然我们可以利用金属板之间产生一些奇异物质,但那是十分稀少的。而要撑开虫洞,则需要很多奇异物质。撑开一个半径为1厘米的虫洞,需要相当于一个地球质量的奇异物质;撑开一个半径为1千米的虫洞,需要相当于一个太阳质量的奇异物质;撑开一个半径为1光年的虫洞,需要大约银河系发光物质总质量100倍的奇异物质。另外,如果能让一艘载人宇宙飞船穿过的话,虫洞内部的潮汐力引起的加速度不能太大。经过计算发现,人类能承受的虫洞,其半径至少要大于1光年。
  我们完全不知道如何产生那么多的奇异物质。看来,利用奇异物质来打开虫洞并进行星际旅行,难度巨大。
  不过换一个角度来想,可穿行的虫洞真的必须要有奇异物质吗?
  在2002年,一些物理学家发现,高斯一波涅引力理论下的虫洞可以不需要奇异物质就可以保持打开状态,甚至它可以不需要任何物质就可以保持打开。高斯一波涅引力理论其实是一种把高维空间加人到广义相对论中的理论,它把我们的世界描述为一个四维时空的岛,或者一种“膜”,漂浮在更高维的时空中。而虫洞则可以把不同的“膜”世界连接起来,而且它不需要任何物质就可以稳定地存在。
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穿越虫洞或成真:科学家寻找超光速旅行新捷径
  新浪科技讯 北京时间10月28日消息,虫洞是科幻小说中经常出现的主题,这种时空隧道常常被用来进行星际旅行和时间穿越。小说的描写有多少真实成分呢?答案可能比你想象的要多。科学家正在寻找利用“可穿越虫洞”(如果存在的话)进行超光速旅行的方法——甚至可以进行时间旅行。
  物理学家埃里克·戴维斯(Eric Davis)说:“一个可穿越虫洞就是一个超空间隧道,又被称为‘咽喉’,连接着宇宙内极其遥远的两个区域,或者两个宇宙——如果其他宇宙存在的话,又或者是时间旅行中的两个不同时期,或空间中的不同维度。”
  戴维斯是Tau Zero基金会的成员之一,擅长时间—空间领域的研究。他利用爱因斯坦广义相对论衍生出来的公式思考可穿越虫洞、曲速引擎和时间机器存在和设计的可能性(或者不可能的理由)。
太空船穿过虫洞到达宇宙另一区域的艺术想象图
  建造一个虫洞
  虫洞是数学家路德维希·弗拉姆(Ludwig Flamm)于1916年第一次提出的,当时他正醉心于爱因斯坦广义相对论中描述引力导致时空弯曲的公式。加州理工学院的物理学家基普·索恩称,尽管这些时空隧道是一个迷人的理论可能,但科学家还没有就虫洞是否能在自然中存在达成共识,目前也没有探测到任何的虫洞。
  索恩及其一些同事的研究还表明,即使一个虫洞出现了,它很可能会在一个物体(或者人)穿过的时候出现塌缩。要使虫洞打开的时间足够长,它需要某种折叠,但普通的物质无法完成这项工作——它需要一种“非同寻常的材料”。
  戴维斯说:“暗能量是自然存在的奇特材料,它的负压强能产生反向的引力作用,将我们宇宙内部的空间向外推,从而使宇宙出现膨胀。”除了暗能量,科学家已知的另一种奇特材料是暗物质,其总量是我们常说的物质的五倍。到目前为止,科学家还无法直接探测到暗物质或暗能量,关于它们的很多性质依然未知。不过,科学家可以通过观察它们对周围空间的影响来了解更多的信息。
  塞浦路斯东地中海大学的Ali ?vgün称,虫洞有可能会在存在暗物质的地方形成,因此它们可能存在于银河系外围的区域,或者其他星系之内。?vgün正致力于证明虫洞可以存在于暗物质密集的地方。他和同事进行了计算机模拟,表明在暗物质集中的星系晕中如果存在虫洞,可以符合科学家认为所需的物理条件。“但这只是数学证明,” ?vgün说,“我希望有一天它能找到直接的实验证明。”
  那么,当一个人或一艘太空船穿过虫洞时会发生什么呢?
  “什么都不会发生!可穿越虫洞的时空几何学要求没有任何险恶的、无法忍受的引力潮汐力作用在太空船及其乘客身上,当他们穿过虫洞时,”戴维斯说道,“他们会在地球附近的出发点进入‘咽喉’,穿过虫洞,出现在目标星体附近的另一侧。”由于这些理论上的通道穿越了时空,因此从外界观察者的角度看,宇航员似乎进行了超光速旅行。然而,从宇航员自己的视角上,他们并未真正地超过光速——他们只是抄了一条近道。
  在科学家利用虫洞之前,他们首先需要找到虫洞。到目前为止,科学家还没有任何发现。然而,如果虫洞确实存在,在时空中定位它们的存在可能远比听起来的困难得多。“就像电影《星际穿越》(Interstellar)里呈现的那样,未来世界里,可能会有一些间接观察的实验,” ?vgün说道。
  基于虫洞理论,?vgün把透过虫洞进行窥视比作路易斯·卡罗的小说《爱丽丝镜中奇遇》(Alice's glimpse through the looking glass)里面的场景。虫洞另一端的空间区域可能会呈现在虫洞入口处,就像曲面镜反射时造成的扭曲。另一个指示的迹象是,光线会在穿过虫洞的时候集中起来,就像风吹过一个自然隧道一样。
  戴维斯将虫洞近端可能出现的景象称为“彩虹散射效应”(rainbow caustic effect),这种效应能在相当远的距离上观察到。“天文学家正计划利用望远镜寻找这些彩虹散射,从而找到自然出现,或者可能是外星人制造的可穿越虫洞,”戴维斯说,“我还没听说这一计划是否开始进行。”
时空的折叠以及连接两个遥远宇宙区域的虫洞
  时间旅行
  作为虫洞研究的一部分,基普·索恩还提出了一个思想实验,将虫洞作为一种时间机器。有关时间旅行的思想实验常常陷入悖论之中,其中最著名的或许就是“祖父悖论”:如果一个人回到过去并杀死他/她的祖父,那这个人就无法出生,也就无法像开头那样回到过去。这似乎意味着回到过去的时间旅行不可能实现,但据戴维斯的说法,索恩的工作为科学家的探索提供了新途径。
  戴维斯说:“一个完整的理论物理学领域在那之后诞生了,并发展出其他能因果自洽并解决悖论的时空技术。”尽管对科幻小说迷(以及那些希望改变过去的人)来说,利用虫洞进行时间旅行是个十分诱人的想法,但戴维斯称,目前的理论显示,要想制造一个虫洞时光机,那虫洞的一端或者两端将需要加速到接近光速。
  “建造一个虫洞时间机器会极其困难,”戴维斯说,“而利用虫洞在恒星间进行超光速星际旅行就相对简单得多。”其他物理学家也提出,利用虫洞进行时间旅行可能会带来极大的能量积累,并在被用作时间机器之前摧毁虫洞——这一过程被称为量子反作用(quantum back reaction)。
  无论如何,探讨这种可能性还是很有趣的。“思考人们所能做到的所有可能性,以及如果他们能时间旅行会造成什么结果,”戴维斯说,“退一步说,他们的冒险将非常有趣。”(任天)
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