圖片來源：Pixabay
撰文 | Andreea Font
翻譯 | 耿淑娟
審校 | 張和持
愛因斯坦的廣義相對論極大地改變了一些基本物理學的概念，比如對時空的認知。但它同樣給我們留下了諸多深刻的謎團。其中一個正是黑洞，但在過去幾年中，我們已證實它的存在。另一個謎團則是「蟲洞」的存在，它是連接時空中不同點的橋梁，理論上能為太空旅行者提供捷徑。
目前，我們對蟲洞的了解仍停留在想象階段。有些科學家認為，在不久的將來我們或能發現蟲洞。近幾個月來，一些新的研究提出了一些有趣的方法，或能推動有關蟲洞的研究。黑洞和蟲洞是愛因斯坦方程中的特殊解，只有當時空結構由於引力作用強烈彎曲時才會出現。例如，當物質極其致密時，時空的構造可能會變得十分扭曲，以至於光都無法從中逃脫——這就是黑洞。
由於這一理論允許時空結構被拉伸或者彎曲，而我們可以想象所有可能的結構形式。1935年，愛因斯坦和物理學家納森·羅森（Nathan Rosen）描述了兩處時空是如何能連結在一起，並在它們之間創造一個橋梁。這是蟲洞的一種，而由此也能夠想象出很多其他類型的蟲洞。
一些蟲洞也許是可通行的，也就是說，人類或許能在其中穿梭。然而，這些蟲洞必須足夠大，能抵抗關閉蟲洞的引力作用，並保持開放狀態。當以這種方式將時空向外推，會耗費大量的「負能量」。這聽起來像是科幻小說中的情節？但是，負能量是切實存在的，科學家們已經在實驗室中制造出了少量負能量。而且負能量是宇宙加速膨脹的原因，因此大自然或已經掌握了創造蟲洞的方法。
我們才僅僅能看到黑洞而已。圖片來源：Event Horizon Telescope/wikipedia， CC BY-SA
我們該如何證明蟲洞存在呢？近期，一篇發表於《皇家天文學會月刊》的論文中，俄羅斯天文學家表示，蟲洞或許存在於某些非常明亮的星系中心，同時還提出了一些找到蟲洞的觀測方法。這些方法基於從蟲洞一側飛出的物質與落入蟲洞的物質相撞的可能後果。計算顯示，這類碰撞將產生大量伽馬射線，而我們可以嘗試利用望遠鏡觀測它們。
該輻射或能成為區分蟲洞和黑洞的關鍵，在此之前的研究認為，無法從外側對二者進行區分。黑洞產生的伽馬射線會更少，並以噴射的方式釋放出來。而由蟲洞產生的輻射將會被限制在一個巨大的球形中。盡管在這項研究中考慮的是可以穿梭的蟲洞，但穿梭的過程並不愉快。因為，這類蟲洞距離活躍星系的中心很近，在那裏，高溫將把一切烤成碎片。不過並不是所有蟲洞皆如此，像那些距離星系中心更遠的蟲洞就不存在這一問題。
星系中心可能存在蟲洞的設想並不新奇。以位於銀河系中心的超級黑洞為例，科學家們通過長期追蹤黑洞附近的恒星軌道變化，才取得了這一重大成就，並於 2020年獲得諾貝爾物理學獎。不過，最近的一篇論文表示，引力拉扯或許是由蟲洞產生的。與黑洞不同，蟲洞也許會「泄露」出另一側的物體的部分引力，而這一部分引力會略微改變星系中心的恒星的運動。根據這項研究，在不久的將來，通過提高測量設備的靈敏度，我們應該能夠觀測這一特定的效應。
巧合的是，在近期發表的另一項研究中，研究人員在星空中發現了「奇怪的無線電圈」。這些電圈非常奇特，因為它們龐大卻又不與任何可視物體相結合。目前，沒有任何傳統理論能夠對此做出解釋，而蟲洞也被認為可能是導致這一現象的原因之一。
蟲洞牢牢抓住了人類的想象力。在某種程度上，蟲洞是一種喜聞樂見的逃避現實的方式。由於黑洞會捕捉任何冒險進入其中的物質，人們對它心存些許畏懼；而蟲洞則不同，它或許能讓我們以遠超光速的速度達到遠方。
在統治著原子和粒子世界的量子物理學中，蟲洞也會突然出現。根據量子力學，粒子能夠在空無一物的空間中突然出現，在片刻後還能突然消失。無數的實驗都已觀察到了這一現象。如果粒子能被突然制造出來，為什麼蟲洞不能呢？物理學家們相信蟲洞或許形成於早期宇宙，從一堆突然出現又會消失的量子泡沫中誕生。這些「原始蟲洞」中的一部分或許留存至今。
最近關於「量子隱形傳態」（quantum teleportation）的實驗——一個量子信息在兩個位置間進行「無實體」的傳遞——已初見成效，而它們之間的運作方式竟與通過蟲洞連接的兩個黑洞驚人地相似。這些實驗或能夠解決「量子信息悖論」（quantum information paradox），該悖論認為物理信息可能在黑洞中永久消失。而這一實驗同樣也揭示量子物理中臭名昭著的不相容理論與引力間的重要聯系——蟲洞與二者的關聯或許有助於構建「萬物理論」。
蟲洞在這些著名的理論的發展中起著不容忽視的作用。我們也許尚未見過蟲洞，但它們可能切實存在，甚至可能會幫助我們理解一些最深刻的宇宙謎團，比如我們所在的宇宙是否唯一。
