蟲洞又稱愛因斯坦--羅森橋，是宇宙中可能存在的連線兩個不同時空的狹窄隧道。理論上、蟲洞是連線白洞和黑洞的多維空間隧道、是無處不在，但轉瞬即逝的，不過有人假想一種奇異物質可以使蟲洞保持張開。
基本介紹
- 中文名：愛因斯坦-羅森橋
- 外文名：Wormhole
- 別名：蟲洞
- 釋義：連線兩個不同時空的狹窄隧道
蟲洞(Wormhole)，又稱愛因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連線兩個不同時空的狹窄隧道。蟲洞是1930年代由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設的，認為透過蟲洞可以做瞬時間的空間轉移或者做時間旅行。不過目前其存在性尚未確認。
理論上，蟲洞是連結白洞和黑洞的多維空間隧道，是無處不在，但轉瞬即逝的。不過有人假想一種奇異物質可以使蟲洞保持張開。
實際上，即使蟲洞確實存在，目前通過蟲洞做時間旅行尚無法實現，因為蟲洞中的引力非常大，任何物質都無法通過。而且有人相信，蟲洞很不穩定——以至於試圖通過蟲洞的物質對時空的作用就可能使蟲洞消失。但有些科學家則相信研究蟲洞的價值是巨大的。
蟲洞的出現，幾乎可以說是和黑洞同時的。在史瓦西發現了史瓦西黑洞以後，理論物理學家們對愛因斯坦常方程的史瓦西解進行了幾乎半個世紀的探索。包括上面說過的克爾解、雷斯勒——諾斯特朗姆解以及後來的紐曼解，都是圍繞史瓦西的解研究出來的成果。我在這裡將介紹給大家的蟲洞，也是史瓦西的後代。
蟲洞在史瓦西解中第一次出現，是當物理學家們想到了白洞的時候。他們通過一個愛因斯坦的思想實驗，發現時空可以不是平坦的，而是彎曲的。在這種情況下，我們會十分的發現，如果恆星形成了黑洞，那么時空在史瓦西半徑，也就是視界的地方是與原來的時空完全垂直的。在不是平坦的宇宙時空中，這種結構就以為著黑洞的視界內的部分會與宇宙的另一個部分相結合，然後在那裡產生一個洞。這個洞可以是黑洞，也可以是白洞。而這個彎曲的視界，叫史瓦西喉，也就是一種特定的蟲洞。
自從在史瓦西解中發現了蟲洞，物理學家們就開始對蟲洞的性質感到好奇。我們先來看一個蟲洞的經典作用：連線黑洞和白洞，成為一個愛因斯坦—羅森橋，將物質在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子，然後通過這個蟲洞（即愛因斯坦——羅森橋）被傳送到這個白洞的所在，並且被輻射出去。當然，前面說的僅僅是蟲洞作為一個黑洞和白洞之間傳送物質的道路，但是蟲洞的作用遠不只如此。黑洞和黑洞之間也可以通過蟲洞連線，當然，這種連線無論是如何的將強，它還是僅僅是一個連通的“宇宙監獄”。
蟲洞不僅可以作為一個連線洞的工具，它還在宇宙的正常時空中出現，成為一個突然出現在宇宙中的超空間管道。
蟲洞沒有視界，它有的僅僅是一個和外界的分解面。蟲洞通過這個分解面和超空間連線，但是在這裡時空曲率不是無限大。就好比在一個在平面中一條曲線和另一條曲線相切，在蟲洞的問題中，它就好比是一個四維管道和一個三維的空間相切，在這裡時空曲率不是無限大。因而我們現在可以安全地通過蟲洞，而不被巨大的引力所摧毀。
那么蟲洞都有些什麼性質呢？
利用相對論在不考慮一些量子效應和除引力以外的任何能量的時候，我們得到了一些十分簡單、基本的關於蟲洞的描述。這些描述十分重要，但是由於我們研究的重要是黑洞，而不是宇宙中的洞，因此我在這裡只簡單介紹一下蟲洞的性質，而對於一些相關的理論以及這些理論的描述，這裡先不涉及。蟲洞有些什麼性質呢？最主要的一個，是相對論中描述的，用來作為宇宙中的高速火車。但是，蟲洞的第二個重要的性質，也就是量子理論告訴我們的東西又明確的告訴我們：蟲洞不可能成為一個宇宙的高速火車。蟲洞的存在，依賴於一種奇異的性質和物質，而這種奇異的性質，就是負能量。只有負能量才可以維持蟲洞的存在，保持蟲洞與外界時空的分解面持續打開。當然，狄拉克在芬克爾斯坦參照系的基礎上，發現了參照系的選擇可以幫助我們更容易或者難地來分析物理問題。同樣的，負能量在狄拉克的另一個參照系中，是非常容易實現的，因為能量的表現形式和觀測物體的速度有關。這個結論在膜規範理論中同樣起到了十分重要的作用。根據參照系的不同，負能量是十分容易實現的。在物體以近光速接近蟲洞的時候，在蟲洞的周圍的能量自然就成為了負的。因而以接近光速的速度可以進入蟲洞，而速度離光速太大，那么物體是無論如何也不可能進入蟲洞的。這個也就是蟲洞的特殊性質之一。
但是蟲洞並沒有這么太平。前面說的是在安靜的相對論中的蟲洞，在暴躁的量子理論中，蟲洞的性質又有了十分重要的變化。
我們想先來看在黑洞中的蟲洞，也就是史瓦西喉和奇點周圍形成的子宇宙。黑洞周圍的量子真空漲落在黑洞巨大引力的作用下，會被黑洞的引力能“餵”大，成為十分的能量輻射。這種能量會毫不留情地將一切形式的蟲洞摧毀。在沒有黑洞包圍的蟲洞中，由於同樣的沒有黑洞巨大引力的“餵養”，蟲洞本身也不可能開啟太久。蟲洞有很大幾率被隨機打開，但是有更大的幾率突然消失。蟲洞打開的時間十分短，僅僅是幾個普朗克時間。在如此短的“壽命”中，即使是光也不可能走完蟲洞的一半旅途，而在半路由於蟲洞的消失而在整個時空中消失，成為真正的四維時空組旅行者。
而且，在沒有物體通過蟲洞的時候，蟲洞還比較“長壽”，而一旦有物體進入了蟲洞，如果這個物體是負能量的，那么還好，蟲洞會被撐開；但是如果物體是正能量的，那么蟲洞會在自己“自然死亡”以前就“滅亡”掉。而在宇宙中，幾乎無時無刻不存在能量輻射通過宇宙的每一個角落，而這些輻射都是正能量的，因此幾乎可以肯定，在自然情況下是不存在蟲洞的。
那么蟲洞是如何產生的呢？
蟲洞的自然產生機制有兩種：
其一，是黑洞的強大引力能；其二，是克爾黑洞的快速旋轉，其倫斯——梯林效應將黑洞周圍的能層中的時空撕開一些小口子。這些小口子在引力能和旋轉能的作用下被擊穿，成為一些十分小的蟲洞。這些蟲洞在黑洞引力能的作用下，可以確定它們的出口在那裡，但是現在還不可能完全完成，因為量子理論和相對論還沒有完全結合。
