可透過的洛倫茲蟲洞，希望雖然渺茫，但是有可能存在

洛倫茲發現了什麼

昨天，老郭在文章

《回到過去和奔赴未來竟然真有可能，蟲洞就是時間機器》

裡面跟各位小夥伴介紹了廣義相對論宇宙學在理論上預言了蟲洞的存在，這種連線兩個遙遠時空的空間隧道的特殊空間結構，就像是大海里面的漩渦，是無處不在但轉瞬即逝的。這些時空漩渦是由星體旋轉和引力作用共同造成的。就像漩渦能夠讓區域性水面跟水底離得更近一樣，能夠讓兩個相對距離很遠的區域性空間瞬間離得很近。這些連線著宇宙遙遠區域間的時空細管即可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連線起來，並提供時間旅行的可能性，也可能是連線黑洞和白洞的時空隧道（灰道）。

愛因斯坦-羅申橋

不過，我們在網上能搜尋到的蟲洞（時空洞）多數都是介紹愛因斯坦-羅申橋（蛀孔）這種型別的。由於這種型別的蟲洞是基於史瓦西時空推論出來的，裡面包含著小夥伴們耳熟能詳的史瓦西半徑，也就是視界的存在，因此，要想穿過這樣的蟲洞就需要超光速。由於相對論告訴我們，任何有靜止質量的物體是不可能達到甚至是超光速的，所以想利用這種蟲洞實現穿越是不可能的。所以，這種蟲洞不是老郭本文要討論的內容，我們今天要討論的是有可能讓我們透過的洛倫茲蟲洞。（注：愛因斯坦-羅申橋也是洛倫茲蟲洞當中的一種。）

洛倫茲蟲洞的一種

穿越時空這種事情想起來都是令人興奮的。最早是在1898年，英國的一個作家就寫了一本叫做《時間機器》的小說，描寫了回到過去的旅行。90年以後，一個名叫索恩的物理學家在1988年，受到天文學家薩根寫的一本科幻小說《接觸》的中描述的利用黑洞穿越時空隧道啟發，開始帶著他的學生們研究這種時空隧道存在的可能性問題。

星際飛船進入洛倫茲蟲洞想象圖

他們的研究發現，在某些特定的條件下，有可能存在著一種可穿越的時空隧道，這種時空隧道就是可穿越的洛倫茲蟲洞。他們把研究論文發表在《美國物理學雜誌》上。本來這本雜誌只是一本寫給中學生的科普雜誌，不是什麼物理學的專業刊物。但誰也沒想到，這篇論文在世界上引起了巨大的反響，一舉讓這本雜誌成為世界知名雜誌。

在他們的論文中給出了可透過的洛倫茲蟲洞的幾個條件：1、蟲洞內不存在視界；2、蟲洞的潮汐引力應該足夠小，或者說是潮汐力要小於人體能夠承受的引力加速度的量級。現在看，宇航員能承受的極限大概是9個g；3、必須高速透過蟲洞，時間要足夠短；4、在經典微擾下，蟲洞是穩定的。

連線同一個宇宙的可透過洛倫茲蟲洞想象圖

索恩跟他的學生們研究的主要是一般的靜態的球對稱蟲洞。按照伯克霍夫定律我們可以知道：靜態球對稱真空只能是史瓦西真空，或者說這種蟲洞只能是史瓦西蟲洞，因此，要想這種蟲洞不是史瓦西蟲洞，唯一條件就是這種蟲洞不能是真空的。

我們根據愛因斯坦場方程、在沒有事件視界的前提下，蟲洞的喉部必須存在違背弱能量條件的物質，ρ＜０的物質，即密度為負的物質，或者是存在違背平均弱能量條件的物質，也就是說平均能量密度為負的物質。然而，在我們這個宇宙裡面，我們接觸到的東西里面有密度是負數的物質嗎？您還別說，實驗證明，這種物質是真實存在的。荷蘭物理學家卡西米爾給我們帶來了希望。

卡西米爾實驗

1948年，卡西米爾從理論上給出狄拉克真空漲落（真空能量以粒子形態出現，並不斷以微小的規模形成與消失。）的理論解釋並針對這種解釋提出一項檢測真空中存在虛粒子能量的方案。在正常情況中。真空中充滿著幾乎各種波長粒子，但卡西米爾指出，假如使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起，較長的波長就被排除出去。接著，金屬盤外的其他波就會產生一種往往使其相互聚攏的力，金屬盤越靠近，兩者之間吸引力就越強，這種現象就是所謂的卡西米爾效應。

卡西米爾效應

1996年，物理學家首次對它進行測定，實際測量結果和理論計算結果十分吻合。當金屬板相距1米時，金屬板間的負能量密度僅為10的負44千克每立方米，即在10億億立方米的空間中有相當於一個基本粒子質量的負能量。

這透過對卡西米爾效應的研究，科學家發現，要想撐開一個半徑為1釐米的蟲洞，需要相當於一個地球質量的異常物質，撐開一個半徑為1公里的蟲洞，需要一個太陽質量的異常物質。。。 。。。咳咳！！！，好像弄到這麼多異常物質有點難，製造可以作為星際航行的蟲洞希望渺茫啊。

黑洞引力潮汐撕碎恆星想象圖

另一個威脅人類穿越蟲洞的潛在危險就是引力。因為在穿越蟲洞的過程中，引力會產生非常巨大的張力，這種張力有可能足以達到把原子扯碎的程度。由於這種張力的來源是引力，所以符合平方反比定律，也就是說，張力與蟲洞半徑的平方成反比。

按照這個去計算的話可以發現，當蟲洞半徑小於一光年的時候產生的張力比原子不被破壞的最大張力還要大，所以，能被利用當做穿越時空隧道使用的蟲洞，必然需要其半徑大於1光年，按照前面我們計算的異常物質的需要量的，這時候需要有超過整個銀河系所有發光物質質量的100倍的異常物質。

所以，現在

製造一個可穿越的洛倫茲蟲洞的一個最大難題出現了，到哪去找那麼多的異常物質？

今天關於可穿越的洛倫茲蟲洞的話題就講到這裡，我們明天繼續事件機器的話題。我是郭哥論道，一個致力於科普相對論、量子力學、計算機、數學，讓深奧的科學理論通俗易懂起來、讓科學更有趣、更有料的科普搬運工。耐心看完的小夥伴，留個言、點個贊加個關注再走唄。