虫洞

词条内容：虫洞（Wormhole），又称爱因斯坦－罗森桥，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时间的空间转移或者做时间旅行。截至2012年其存在性尚未确认。

理论;虫洞一是空间的隧道，就像一个球，你要沿球面走就远了，但如果你走的是球里的一条直径就近了，虫洞就是直径。

二是黑洞与白洞的联系。黑洞可以产生一个势阱，白洞则可以产生一个反势阱。宇宙是三维的，将势阱看作第四维，那么虫洞就是连接势阱和反势阱的第五维。假如画出宇宙、势阱、反势阱和虫洞的图像，它就像一个克莱因瓶——瓶口是黑洞，瓶身和瓶颈的交界处是白洞，瓶颈是虫洞。

三是时间隧道，根据爱因斯坦所说的你可以进行时间旅行，但你只能看，就像看电影，却无法改变发生的事情，因为时间是线行的，事件就是一个个珠子已经穿好，你无法改变珠子也无法调动顺序。

产生;1、是黑洞的强大引力能；

2、是克尔黑洞的快速旋转，其伦斯—梯林效应将黑洞周围的能层中的时空撕开一些小口子。这些小口子在引力能和旋转能的作用下被击穿，成为一些十分小的虫洞。这些虫洞在黑洞引力能的作用下，可以确定它们的出口在那里，但是现在还不可能完全完成，因为量子理论和相对论还没有完全结合。

假设;1、虫洞像河流，通过的物体像船，船顺河而下；

2、虫洞体像一个圆柱形磁铁，强力的类磁力线在入口处将通过的物体分解，以波的形式在柱心管道运行，在出口处还原。通过的物体类似一个障碍，造成波的某一部分形变，然后这个形变推移到出口。

3、可能还涉及到横波、纵波，波的反射、折射、衍射，物质的不均匀、空间的不规则，如同水中气泡般的宇宙空洞。

性质;虫洞负能量-宇宙模型图

1、虫洞的性质是相对论中描述的，用来作为宇宙中的高速火车。

2、虫洞的第二个重要的性质，也就是量子理论提出的：虫洞不可能成为一个宇宙的高速火车。

虫洞的存在，依赖于一种奇异的性质和物质，而这种奇异的性质，就是负能量。只有负能量才可以维持虫洞的存在，保持虫洞与外界时空的分解面持续打开。狄拉克在芬克尔斯坦参照系的基础上，发现了参照系的选择可以帮助我们更容易或者难地来分析物理问题。同样的，负能量在狄拉克的另一个参照系中，是非常容易实现的，因为能量的表现形式和观测物体的速度有关。这个结论在膜规范理论中同样起到了十分重要的作用。根据参照系的不同，负能量是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候，在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞，而速度离光速太大，那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。

虫洞;3、在暴躁的量子理论中，虫洞的性质又有了十分重要的变化。在黑洞中的虫洞，也就是史瓦西喉和奇点周围形成的子宇宙。黑洞周围的量子真空涨落在黑洞巨大引力的作用下，会被黑洞的引力能“喂”大，成为十分的能量辐射。这种能量会毫不留情地将一切形式的虫洞摧毁。

在没有黑洞包围的虫洞中，由于同样的没有黑洞巨大引力的“喂养”，虫洞本身也不可能开启太久。虫洞有很大几率被随机打开，但是有更大的几率突然消失。虫洞打开的时间十分短，仅仅是几个普朗克时间。在如此短的“寿命”中，即使是光也不可能走完虫洞的一半旅途，而在半路由于虫洞的消失而在整个时空中消失，成为真正的四维时空组旅行者。

而且，在没有物体通过虫洞的时候，虫洞还比较“长寿”，而一旦有物体进入了虫洞，如果这个物体是负能量的，那么还好，虫洞会被撑开；但是如果物体是正能量的，那么虫洞会在自己“自然死亡”以前就“灭亡”掉。而在宇宙中，几乎无时无刻不存在能量辐射通过宇宙的每一个角落，而这些辐射都是正能量的，因此几乎可以肯定，在自然情况下是不存在虫洞的。

4、即使虫洞存在并且是稳定的，穿过它们也是十分不愉快的。贯穿虫洞的辐射（来自附近的恒星，宇宙的微波背景等等）将蓝移到非常高的频率。当你试着穿越虫洞时，你将被这些X射线和伽玛射线烤焦。

物理学家一直认为，虫洞的引力过大，会毁灭所有进入它的东西，因此不可能用在宇宙旅行之上。黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接，当然，这种连接无论是如何的将强，它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具，它还开宇宙的正常时空中出现，成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道。

虫洞的存在，依赖于一种奇异的性质和物质，而这种奇异的性质，就是负能量。只有负能量才可以维持虫洞的存在，保持虫洞与外界时空的分解面持续打开。

根据参照系的不同，负能量是十分容易实现的。在物体以近光速接近虫洞的时候，在虫洞的周围的能量自然就成为了负的。因而以接近光速的速度可以进入虫洞，而速度离光速太大，那么物体是无论如何也不可能进入虫洞的。这个也就是虫洞的特殊性质之一。[1]

研究历史;虫洞的概念最早出现源于爱因斯坦提出的广义相对论，在这一理论中，爱因斯坦指出引力是一种假象，它的本质是由于能量引起的时空弯曲，最常见的这一现象就是由大质量的恒星和星系导致的。1916年爱因斯坦发表他的论文后不久，奥地利物理学家德维希弗·弗拉姆（Ludwig Flamm）便发现这一理论将可以导出某种穿越时空的“通道”。

爱因斯坦和另一位著名的物理学家内森·罗森（Nathan Rosen）一起进行了虫洞理论研究工作。1935年，他们提出了一种连接两个黑洞的时空通道的概念，即爱因斯坦-罗森桥。但是要想穿越这条时空隧道，就必须要求这条隧道两端的黑洞是某一特定的类型。传统定义中的黑洞具有极强的引力效应，物质一旦在其作用下穿越一道所谓“视界”的终极界限便将万劫不复，永远无法逃离。而在爱因斯坦和罗森的理论中，物质将可以穿过这条通道的两端。[2]

1955年，曾经提出黑洞概念的美国物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）证明有可能将宇宙中的两处不同区域连接起来，并以此实现高速的星际旅行。他正式采用了“虫洞”这一名字。但他的这一虫洞版本具有非常不稳定的缺陷。即便是让一颗光子进入其内部都将立即引起黑洞视界的形成并导致虫洞关闭。

将这一僵局进一步向前推动的是一位美国的行星天文学家卡尔·萨根。在他的科幻小说《超时空接触》中，他需要构思一种在科学上能站得住脚的高速星际旅行方式，以便让他笔下的女英雄实现在时空中的穿梭。萨根向加州理工学院理论物理学家基普·索恩（Kip Thorne）求助，后者很快意识到虫洞的概念可以帮助解决这一问题。1987年，索恩和他的研究生麦克·莫里斯（Michael Morris）和尤里·约瑟夫（Uri Yertsever）一起，提出了一种可以实现星际旅行的虫洞方案。他们证明，如果能找到某种具有负能量的物质，那么只要使用足够多的这种物质，其负能量性质将产生对引力的自然对抗，如此便能保持虫洞的开放。由于这样的负能量实在太微不足道，根本无法用于维持虫洞的开放。事实上，索恩和他的合作者们提出的虫洞开放策略将需要巨大的负能量来源，其总量几乎将相当于一颗普通恒星在一年中释放出的能量中的很大一部分。

到2012年为止，所有的虫洞理论提出的基础都是以爱因斯坦的广义相对论不谬为前提的。但事实上这样的前提或许并不是牢固的。首先，这一理论在黑洞视界范围内将会失效，并且也无法用于解释宇宙极早期的现象。而描述微观世界的量子理论却取得了巨大的成功，它几乎可以解释一切事物，从地面为什么是坚硬的，到太阳为什么可以发光。很多研究者都认为，爱因斯坦的相对论一定是某种更加深刻理论的一种近似。

人们对于量子理论的最初探索出现在1921年。当时物理学家西奥多·卡鲁扎（Theodor Kaluza）和奥斯卡·克莱（Oskar Klein）受到爱因斯坦理论的启发，两人进一步发展了这一理论，并证明引力和电磁力实际上都可以用一个五维空间的弯曲来进行解释。在那之后，弦理论更是指出，自然界中的所有4种基本力都可以用10纬空间的弯曲来进行解释。但当维度超过四维时，这一强大的理论将禁止虫洞的存在，除非有强大的负能量可以维持它的开放状态。

罗森桥;2002年，俄罗斯莫斯科引力和基础测量中心的克里尔·布罗尼科夫（Kirill Bronnikov）和韩国首尔梨花女子大学的金宋万（音译：Sung-Won Kim）共同提出了一种新的可能性，他们提出了一种不需要负能量物质维持开放的虫洞方案。他们基于膜理论原理提出了一系列新的虫洞备选方案。膜理论认为我们所处的世界是一座四维孤岛，它漂浮在更高的维度之海中。我们不需要任何幽灵般的物质就可以让虫洞保持任意大小。这一理论体系最简略的形式名为DEGB理论。

如果更高的维度处于卷缩状态，它们可以变得非常微小，这也就解释了为何我们通常无法直接感受到它们存在的原因。而让弦理论中涉及的另外6个维度卷缩的过程又会形成几个新的力场。和广义相对论将引力概括为时空的弯曲类似，DEGB理论中的引力同样有赖于时空和更高维度上的弯曲。将这种理论应用于引力方程之后，克莱豪斯和他的同事们找到了有关虫洞的一个解。它不需要任何负能量来维持自身的开放，或者更加准确的说，是根本不需要任何物质来维持自身的开放。

2012年3月，一个由德国和希腊科学家组成的国际小组证明，制造出一个冲动或许并不需要用到任何这种奇异的负能量物质，虫洞不需要任何东西就可保持开放。这项发现开启了一项潜在的可能性，那就是我们或许将来有朝一日会在太空中找到一个虫洞。

作用;虫洞

自从在史瓦西解中发现了虫洞，物理学家们就开始对虫洞的性质感到好奇。  

虫洞的经典作用：连接黑洞和白洞，成为一个爱因斯坦—罗森桥，将物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞（即爱因斯坦——罗森桥）被传送到这个白洞的所在，并且被辐射出去。  

除了虫洞作为一个黑洞和白洞之间传送物质的道路，黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接，当然，这种连接无论是如何的将强，它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。  

虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具，它还开宇宙的正常时空中出现，成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道。  

虫洞没有视界，踏有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和超空间连接，但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切，在虫洞的问题中，它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切，在这里时空曲率不是无限大。因而我们现在可以安全地通过虫洞，而不被巨大的引力所摧毁。