蟲洞是宇宙捷徑？理論完美的蟲洞，為何現實中無法存在？

理論物理學家設計出一種完美的宇宙捷徑 它能連接星系,甚至扭曲時間 但廣義相對論早已宣判了它的死形 因爲它需要一種只存在於數學中的奇異物質來支撐 這種物質叫負能量 故事要從廣義相對論開始 它將我們的宇宙描述爲一張四維的超曲面 這就是時空 時空並非剛性 它擁有幾何結構 質量與能量的存在會使其彎曲 而這種彎曲就是我們所感受到的引力 黑洞是引力的極端形態 它的全部質量集中於一個無限小的點 我們稱之爲基點 巨大的質量 讓黑洞極度扭曲了周圍的時空 在數學的嵌入式可視化中 黑洞周圍的空間幾何呈現爲一個漏斗 離得遠 時空平坦 越靠近 彎曲越劇烈 當靠近到一定距離 時空曲率會變得如此之大 以至於連光也無法逃逸 這個邊界就是事件世界 它是一個球形的臨界點 一旦跨越 就註定墜向基點 再無歸途 在降維的可視化模型裏 這個時空漏斗的盡頭 似乎有一個洞 宇宙在這裏戛然而止了嗎 要理解這一點 必須引入時間維度 我們看到的漏斗模型 只是某個瞬間的空間切片 它是靜態的 而一個物體墜入黑洞 它在空間移動的同時 也在時間上前進 如果我們將時間流逝也考慮進去 這個動態演化的模型顯示 漏斗的洞口會以極快的速度閉合 它閉合的速度快到任何物體 包括光都無法追上 所以這個洞永遠無法被真正的穿過 這個結論讓物理學家感到不完美 一個轉機出現在數學的對稱性中 他們可以在方程裏 複製一份時空幾何 並將其反轉 在這個鏡像宇宙裏 黑洞的複製品表現出相反的特性 一切物體都無法進入 只能從中逃離 這就是白洞 現在物理學家進行了一個大膽的數學操作 他們將這個擁有白洞的鏡像時空 粘貼到我們原始黑洞漏斗的底部 一個洞對上另一個洞 一個完美的管狀結構誕生了 它連接了兩個不同的時空區域 這就是愛因斯坦羅森橋 也就是我們最初理解的蟲洞 它似乎是一條完美的捷徑 能連接兩個獨立的宇宙 或者連接同一宇宙中相距遙遠的兩個點 實現超光速旅行 但這只是幻想 這個由黑洞和白洞構成的蟲洞 根本無法穿越 正如我們之前所見 時空的張力會使其結構 以超乎想象的速度向內坍縮 掐斷任何試圖通過的物體 進入它 唯一的結局依然是墜向GR的基點 於是 理論物理學家開始設計更高級的 純粹基於數學的蟲洞模型 爲了使用 一個可穿越的蟲洞 必須滿足五個嚴苛條件 第一 雙向可通行 沒有隻能進不能出的實踐世界 第二 結構必須穩定 不會在飛船穿越時突然坍縮 第三 內部管道要足夠寬敞 第四 穿越時間必須是合理的 而不是數十億年 第五 蟲洞幾何產生的引力不能過強 否則潮汐力會撕碎飛船 滿足這些條件的模型確實存在 最著名的是莫里斯·索恩蟲洞 它沒有事件世界 沒有起點 並且在時間上絕對穩定 更奇特的是 它本身不產生引力 飛船可以靜止懸浮在它旁邊 不被吸入 也不被排斥 光線可以穿過它 這意味着我們可以通過蟲洞 像通過一個引力透鏡一樣 看到另一頭的景象 穿越它只需要一個精確的操作 將飛船對準蟲洞中心 筆直地駛入 這聽起來就是星際旅行的終極答案 然而 它需要一個支架 經過計算 這個支架必須由一種 具有負能量密度的奇異物質構成 但在廣義相對論的框架下 穩定了宏觀的負能量物質 在數學上被證明是不可能存在的 一個被稱爲拓撲審查定理的鐵律 宣告了所有類似蟲洞的捷徑 都會自我審查 換言之 在任何觀察者試圖抵達它之前 它都會自動坍縮 廣義相對論 給可穿越蟲洞判了死刑 然而廣義相對論並非終極理論 在微觀尺度 它的描述失效了 量子場論開始接管 根據量子理論 真空並非空無一物 而是充滿了能量的掌握 虛粒子在其中不斷生滅 在某些特定構形下 這種真空能量 可以產生一種等效於負能量的壓力 這就是卡西米爾效應 量子力學 爲那個被經典理論封死的漏洞 帶來了一絲曙光 更前沿的弦理論等推測 宇宙大爆炸後 如果蟲洞真的存在 它甚至可能連接不同的時間點 從而引出時間旅行的悖論 但根據因果律 即便時間機器成爲可能 你也永遠無法回到 比這臺機器被製造出來更早的過去 時至今日 可穿越蟲洞 依然是理論物理學家的數學遊戲 研究它 是爲了不斷挑戰現有理論的邊界 雖然我們不應完全排除它的可能性 但目前 唯一能穿越蟲洞的 只有那些以方程爲飛船的物理學家