虫洞为什么能实现时间旅行（通过虫洞时间旅行靠谱吗）

作者：周哲

时间旅行可行吗？在理论上确实可行，就是通过虫洞，不过真想实现还是挺困难的，各位听我慢慢道来。

时间旅行这件事儿很早就有人幻想了，在科学中最早出现的依据就是爱因斯坦的相对论。很早的时候人们就发现时间似乎只有一个方向，就像热力学第二定律的熵一样，只增不减，象征着时间一去不复返，可是相对论告诉我们，每个人的时间都是独立的标尺，运动的速度特别快，接近光速了，或者在强引力场下，那在别人眼中看到的时间就会变慢，我们自己是感觉不出来的，所以才会有双生子佯谬。

比如说哥哥去太空飞行了，回来之后哥哥可能比弟弟还年轻，这件事儿是真的，已经经过科学实验原子钟验证过了，可以实现。于是人们最早是有了这样一个假设，就是假如一个人可以光速飞行，那他的时间就应该是静止的，如果再快点，超光速了，那时间就会倒流，他看到的世界就是向相反的方向发展的，人都倒着走，越活越年轻。但是这件事儿相对论告诉我们不允许，有质量的物体是不能被加速到光速的，这件事儿也是经过实验验证的，就是粒子对撞机，人们可以把粒子的速度加速到光速的99.999%，但是无论再增加多少能量，都不能超过光速。所以对于人来说那就更不可能了，这条路行不通。但额外说一句，其实相对论不是不允许超光速出现，而是不允许有质量的物体被加速到光速。如果有粒子天生就是超光速的，那它也不允许降到光速以下，相对论限制的是这个事儿，虽然具体有没有这种粒子还不知道，但是名都起好了，物理学家索末菲把它叫做快子。光速以下的粒子我们生活当中的粒子都可以叫做慢子。

后来人们又发现，根据广义相对论，我们周围的引力越大，时空弯曲的越厉害，那么时间也会走的越慢，如果引力无限大，那时间就会静止，有没有这个地方呢？有，就是黑洞。最早就是德国物理学家史瓦西根据广义相对论给出的一个解，广义相对论的场方程就是一个二阶非线性偏微分方程组，它很开放，给出不同的条件得到的解是不一样的，一般就是人们通过不同的边界条件，得出一个解，然后再去赋予它物理意义。史瓦西黑洞就是这样一种解，它的物理意义就是中心存在一个奇点，引力密度无限大。奇点被一个叫做事件视界的曲面包裹着，事件视界的半径叫做史瓦西半径。事件视界面上的光子对无穷远处的黑洞外部观测者来说是看不到的，相当于被无限红移了，这个视界面又称作无限红移面。然后史瓦西半径处叫做事件视界，这个面叫做无限红移面。就是说只要站在无限红移面上，别人看你的时间也会静止，这点人们也是很明确的。但是事件视界内部具体是什么结构，包括奇点是什么结构，这人们就不是很清楚了。到现在物理学中也有很多种说法，不过我们庆幸的是黑洞已经被人们捕捉到了，而且我们现在已经有了两张黑洞照片了。人们目前就只知道黑洞不停的吃东西，具体这些东西吃哪去了不知道，当时也没有更好的解释 。

1930年爱因斯坦和他的助手罗森又给出一个解，他们通过广义相对论场方程给出一个模型。如果时空强烈弯曲，比如说我们可以把四维时空弯曲一下，让这两个点靠近，如果这两个时空点处再存在一个时空隧道，那人就可以通过这个隧道瞬间转移，甚至回到过去。于是这二位就发表了一篇论文，人们就把连接这两个不同时空的隧道叫做爱因斯坦-罗森桥，像是一个桥一样。但爱因斯坦罗森桥并不是中间的这个管子，而是图中的管壁，因为这个平面就是我们的四维时空，我们要想通过隧道只能走管壁，中间就是更高维的时空了。这东西好啊！最早这种概念只在科幻小说中出现啊，这下好了，爱因斯坦带着头说可以穿越，大批量的科幻家作可算是有素材了，后来又是惠勒给起了个名，叫作虫洞，wormhole蠕虫洞。但其实爱因斯坦在论文里就明确指出了，爱因斯坦罗森桥只是理论模型，不可以实现。为啥呢？因为按照这个模型，人要想通过虫洞必须要超光速，这件事儿爱因斯坦是接受不了的，相对论也不允许，所以还是行不通。但这个时候在科幻作品中早都行得通了，人们高兴的不得了。

再后来到了1964年苏联的一位物理学家叫做诺维科夫，他又根据史瓦西解给出了一个和史瓦西解相反的解，史瓦西黑洞只进不出，诺维科夫的解只出不进，也就是白洞。这个解再次给了物理学家灵感，美国有一位宇宙学家叫做卡尔萨根，他同时还是一位科幻作家。有一天他突发奇想，黑洞只进不出，白洞只出不进，那黑洞的另一侧会不会就是白洞呢？于是一个完整的模型就出现了，黑洞吃东西，通过虫洞传输，从白洞吐出来。在理论上就相当于是把三个模型联系在一起了。不过在现实中我们就只发现了疑似黑洞，虫洞和白洞到目前还都没有发现。

但人们有很多猜测，比如说有人认为宇宙大爆炸就是一次白洞喷发，还有人认为说2006年发现的伽马射线暴就是白洞引起的，但都没有经过证实。卡尔·萨根自己有点不敢确定这个模型行不行得通，于是他就去问当时专门研究广义相对论的一位好朋友，就是吉普·索恩，索恩听说之后表示这个想法很不错！正好他最近正研究虫洞，应该存在不用超光速就可以穿越的虫洞。于是在1980年左右，萨根就写了一篇科幻小说叫做《接触》，1985年出版，1997年还拍成了同名电影，你看《接触》里人就是通过虫洞时空旅行的。后来2004年索恩自己指导了一部电影《星际穿越》，在里面时空旅行是通过黑洞卡冈图雅。

索恩对虫洞有很深刻的研究，他发现实际上有两种虫洞在理论上可以穿越，一种是欧几里得虫洞一种是洛伦兹虫洞。这两种虫洞大家在科幻作品中应该都感受过，欧几里得虫洞又叫做瞬时虫洞，就是假如存在一个欧几里得虫洞，人一进去，就会瞬间在另外一个时空点出现。这个过程是感受不到时间流逝的，或者说经历的是虚时间，就是瞬间转移。而洛伦兹虫洞是能感受到从进入到传输的这个过程的，也就是要花费真实的时间。但是欧几里得虫洞并不是很稳定，只能短时间存在。而洛伦兹虫洞在特定条件下是可以长时间存在的，虫洞可以打通两个时空点，进去就可以时空旅行，空间和时间可任意选，甚至回到过去，在理论上都允许。

既然时空旅行可以通过虫洞来完成，那么如何制造虫洞呢？理论上在宇宙大爆炸初期会留下一些原初虫洞，就像原初黑洞一样，但是目前还没发现。要想人工制造虫洞我们需要大量的负能量。不是情绪低落的负能量，而是负能物质。负物质也不是反物质，反物质是具有正质量的，负能物质具有负质量。这是我们生活中想象不出来的。如果存在负质量物体，我们推它一把，它的作用力就是相反的，它会向相反的方向跑。虽然负质量物质有没有还不知道，但是负能量的确是存在的，在物理学中有一个卡西米尔效应，说的是真空中两块相近的平行金属板之间会存在莫名其妙的压力，这个压力的来源就是负能量。具体如何制造大量的负能物质人们也不是很清楚，而且想要维持一个虫洞需要超级多的负能物质。根据物理学家推算，一个半径1cm的虫洞需要地球质量这么多负能物质！如果想要人能通过的虫洞还不能正好是人的大小，虫洞会具有相当大的负压力，表现出来就是张力，瞬间把人甚至是原子都撕碎。如果想要原子不被撕碎至少需要虫洞的半径在1光年开外。那可想而知需要多少负能物质，整个银河系都不够。

综上所述，时间旅行虽然在理论上可行，但是目前还无法实现。但人类的目标一直都是星辰大海，没准哪天就实现了呢！如果可以时间旅行，你最想去何时何地呢？

文章由科普中国-星空培育计划出品，转载请注明来源