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阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论深刻改变了我们对物理基本概念（比如时间和空间）的认知。但它同样也给我们留下了诸多深刻的谜团。其中一个是黑洞，这也是我们在过去几年中唯一明确探测到的谜团。另一个便是“虫洞”——连接时空中不同点的桥梁，理论上能为太空旅行者提供捷径。
目前虫洞仍停留在想象阶段。但有些科学家认为，在不久的将来我们也能找到虫洞。在过去的几个月间，几项新的研究已经提出了一些向前推进的有趣方法。
黑洞和虫洞是爱因斯坦方程的特殊解，在时空结构被引力强烈弯曲时出现。例如，当物质的质量极大时，时空构造可能会变得十分扭曲以至于连光都无法从中逃脱。这就是黑洞。
由于这一理论允许时空结构被拉伸或者弯曲，我们可以想象所有可能的结构形式。1935年，爱因斯坦和物理学家Nathan Rosen描述了两片时空是如何能连接在一起并创造两个宇宙间桥梁的。这就是虫洞的一种——由此也能够想象出很多其他类型的虫洞。
有些虫洞也许是可通行的，也就是说，人类或许能从它们中穿过。然而，这些虫洞必须足够大，而且由于引力作用倾向于关闭虫洞，这些虫洞还要能在引力存在的情况下保持开放状态。以这种方式将时空向外推会耗费数量庞大的“负能量”。
听起来像是科幻小说中的情节？我们知道，负能量是切实存在的，科学家们已经在实验室中制造出了少量负能量。我们还知道，负能量是宇宙加速膨胀的原因。因此大自然可能掌握了某种创造虫洞的方法。
我们才仅仅能看到黑洞而已。图片来源：Event Horizon Telescope/wikipedia, CC BY-SA
我们该如何证明虫洞存在呢？在一篇发表在《皇家天文学会月刊》的新论文中，俄罗斯天文学家表示，虫洞或许存在于某些非常明亮的星系中心，同时还提出了一些找到虫洞的观测方法。该研究基于从虫洞一侧飞出的物质与落入虫洞的物质相撞的可能后果。计算显示，此类碰撞将产生大量伽马射线，而我们可以尝试利用望远镜观测这些射线。
该辐射可能会成为区分虫洞和黑洞的关键，而在此之前，人们认为从外侧无法对二者进行区分。黑洞将会产生更少的伽马射线，并以喷射的方式释放出来，而由虫洞产生的辐射将会被限制在一个巨大的球形中。尽管此项研究中考虑的这类虫洞是可以穿越的，但穿越它并不会是一次愉悦的旅行。因为我们需要到达距离活跃星系的中心很近的地方，在这里，高温将把一切烤得焦脆。不过并不是所有虫洞皆如此，像那些距离星系中心更远的虫洞便不存在这一问题。
星系中心可能存在虫洞的假设并不新奇。以超级黑洞为例，它就位于银河系的中心。经过对黑洞附近恒星轨道长年累月的追踪，科学家们才取得了这一重大成就，并于 2020年获得诺贝尔物理学奖。不过，最近的一篇论文表示，引力拉扯或许不由黑洞产生，而是由虫洞产生的。
与黑洞不同，虫洞也许会“泄漏”一部分位于它另一侧的物体的引力。这一略显灵异的引力作用将会对星系中心的恒星运动施加一个小的作用力。根据这项研究，在不久的将来，当测量设备的灵敏度再提高一些时，我们应该能够通过观测对这一特定的效应进行测量。
巧合的是，另一项最近的研究报告指出，他们在星空中发现了“奇怪的无线电圈”。这些电圈非常奇特，因为它们庞大却又不与任何可视物体相结合。目前，没有任何传统理论能够对此做出解释，因此，虫洞或许被列为可能的原因之一。
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虫洞牢牢抓住了我们的好奇心。某种程度上，虫洞是喜闻乐见的逃避现实的方式。由于黑洞会捕捉任何冒险进入它的物质，人们对黑洞心存些许畏惧；而虫洞与黑洞不同，它或许能使我们以远超光速的速度穿越到远方。甚至可能就像斯蒂芬·霍金在他最后一本书中暗示的一样，它们其实就是时光机本机，能让我们回到过去。
在统治着原子和粒子世界的量子物理中，虫洞还会突然出现。根据量子力学，粒子能够在空无一物的空间中突然出现，在片刻后还能突然消失。无数的实验都已观察到了这一现象。如果粒子能被突然制造出来，为什么虫洞不能呢？物理学家们相信虫洞或许形成于早期宇宙，从一堆突然出现又会突然消失的量子泡沫中诞生。这些“原始虫洞”中的一部分或许留存至今。
最近关于“量子隐形传态”的实验——一个量子信息在两个位置之间 “脱离实体”的转换——已初见成效，实验原理竟与通过虫洞连接的两个黑洞惊人地相似。这些实验似能够解决“量子信息悖论”，该悖论认为物理信息可能在黑洞中永久消失。但实验同样揭示了量子物理中臭名昭著的不相容理论与引力间的深刻联系。而这种虫洞与二者之间的关联或许有助于“万物理论”的构建。
虫洞在上述迷人构想的发展中起到的作用不容忽视。我们也许尚未见过虫洞，但它们可能切实存在。它们甚至可能会帮助我们理解某些最深刻的宇宙之谜，比如我们所在的宇宙是否唯一的问题。
翻译：耿淑娟
审校：张和持
引进来源：物理学家组织网
本文来自：中国数字科技馆
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