互动科普

利用“虫洞”有可能回到过去？

从这里开始的第3部分，我们来介绍一种或许有可能实现回到过去的时间旅行的方法。

1988年，基普·索恩博士在学术期刊《物理学评论快报》（Physical Review Letters）上发表的一篇论文引起了一时轰动，他提出，利用“虫洞”，在理论上（遗憾的是，不是在技术上）或许有可能实现回到过去的时间旅行。基普·索恩博士是研究相对论的权威，这篇论文又是发表在权威期刊上，他的这种利用虫洞实现时间旅行的设想自然受到了物理学家的关注。

理解索恩博士论文内容的关键是要懂得什么是虫洞。虫洞又叫做“时空隧道”。它就像是动画片《哆啦A梦》中的那件魔力工具“任意门”。无论在哪里打开任意门都会把你从那里带到远方，使你一瞬间便去到了你想去的任何地方。

爱因斯坦等人曾探讨过虫洞的存在

虫洞其实是“相距遥远的悬浮在宇宙空间的两个球形孔洞”。这两个孔洞就是虫洞两端的出入口。宇宙飞船从一个孔洞飞入，瞬间就能从另一个孔洞飞出，两个孔洞就像是跨越空间紧贴在一起。

爱因斯坦与其合作者纳森·罗森（1909〜1995）早在1935年就论证过虫洞的存在与广义相对论并无矛盾。他们当时把这种理论上有可能存在的天体比喻为连接时空两点之间的“桥梁”（“爱因斯坦－罗森桥”），后来才有了“虫洞”这个更为形象化的名称。不过，时至今日，科学家也不知道宇宙中是否实际存在着这种天体，所以就目前而言，虫洞仍然只是一种理论上的存在。

图： 在大质量天体近旁空间严重弯曲

根据广义相对论，在一个天体的近旁，空间（正确说法应该是包含了时间的“时空”）会发生弯曲，而且天体质量越大，空间弯曲越厉害。这个结论已经通过观测太阳和大质量天体近旁的光线发生弯曲而得到证实。光在弯曲空间沿直线行进，从远处看，就是光线弯曲。虫洞也是由空间弯曲形成的。

能够制造出人可以穿过的“虫洞”吗？

当初理论推测有可能存在的虫洞其实是“无法穿过”的虫洞。理论计算表明，那种虫洞会瞬时坍缩而变形为黑洞。黑洞与虫洞不同，一旦进入其中就再也无法从里面出来。

索恩博士研究了如何维持虫洞不坍缩的方法。他得到的结论是，“向虫洞注入‘奇异物质’便可以防止它坍缩”。

奇异物质是一种非常奇特的物质，它具有负能量※，能够起到反抗引力向外撑大空间的作用（斥力）。不过，我们现在既不知道宇宙中是否真的存在着这种奇异的物质，也不知道是否有可能人工制造出足够数量的这种物质来维持一条虫洞，使之不至坍缩。

到微观世界去寻找虫洞

既然过去的天文观测从未发现过黑洞，那么不难想到，自然界存在着虫洞的可能性一定是微乎其微。索恩博士提出，最有可能存在虫洞的地方，应该是在比原子核尺度还要小得多的微观世界。他认为，在这样的微观世界，应该会有大小为1毫米的1亿分之1的1亿分之1，再一亿分之1的1亿分之1(10^-35米）的虫洞在极短的时间里不断地生成和消失。这是将量子力学和广义相对论结合起来用于微观世界而导出的一个结论。

索恩博士设想，如果有一种科学技术远比我们的文明发达得多的文明能够用某种方法将一条微观虫洞扩大到人体的大小，并将奇异物质注入其中维持它不坍缩的话，那么，这种虫洞也许就有可能让物体从中穿过。

两个出入口出现“时间差”，虫洞变成了时间机器！

这里来介绍一种“可以穿过的虫洞”当作时间机器使用的方法。

假定有一条虫洞，它的两个出入口起初都位于地球的近旁。现在，将出入口A保持在原来位置不动，用某种方法以接近光速的速度移动出入口B，但最后使它仍然回到地球的近旁。如在前面所介绍的，以接近光速的速度运动，时间流动变慢，这样就造成了比如说“地球和出入口A经过了100年，而出入口B才经过了3年”的情况。

虫洞变成了一台时间机器

另一方面，从穿过虫洞的立场看这件事情，由于虫洞的出入口A和出入口B紧贴在一起，两者并没有相对运动，因而两者的时间没有差别。这样，从不同立场观测得到了两个不同的结果：从虫洞外部的立场看，两个出入口有97年的时间差，而从穿过虫洞的立场看，两者并没有时间差。

我们假定宇宙飞船在2200年从地球出发飞入以接近光速作往返运动的当时正好来到地球近旁的出入口B。由于出入口A经虫洞与2103年的出入口B连接在一起，出入口A的时间也是2103年，那么，飞船穿过虫洞便应该是在地球的2013年从一直停留在地球近旁的出入口A飞出。这就是说，飞船实现了回到过去的时间旅行。

上面介绍的就是索恩博士在1988年提出的一种利用虫洞实现时间旅行的方法。那以后，索恩博士又同史蒂芬·霍金博士详细探讨了自然界是否真的“容许”这样的回到过去的时间旅行的问题。

（本文发表于《科学世界》2012年第5期）