穿越時空的可行捷徑：蟲洞最終有可能是穩定的

在一項新研究中，科學家提出的新理論反駁了先前關于蟲洞會迅速崩塌的預測。這個大膽的新理論認為，蟲洞——或者說黑洞之間的通道——最終有可能是穩定的。

蟲洞又稱愛因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄通道。先前的理論預測，這些假想的時空“捷徑”是轉瞬即逝的，會迅速坍塌。

在新研究中之所以出現如此截然不同的結局，要歸結于用來描述蟲洞的相對論數學的微小差異，最終戲劇性地改變了我們對蟲洞的整體認識。

一切與度規有關

首先，讓我們來了解一些關于廣義相對論如何發揮作用的背景知識。相對論就像一臺機器。當你把某些物體——比如一組混亂或規則分布的粒子——放進去時，機器就會顯示出這些物體在引力作用下的變化。

廣義相對論中的一切都是以空間和時間的運動為基礎的：物體從特定的物理坐標開始，四處移動，最后到達其他坐標。

盡管廣義相對論的規則是固定的，但該理論本身提供了很大的自由度，讓我們能用數學方法描述這些坐標。物理學家稱這些不同的描述為“度規”(metrics)。

你可以將度規想象成描述去某個地方赴宴的不同方法，可能是根據街道方向，或基于衛星的經緯度，或是寫在餐巾紙上的地標。在每種情況下，你的度規都是不同的，但無論你選擇哪一種度規，你最終都會飽餐一頓。

同樣，物理學家可以用不同的度規來描述相同的情況，有時一種度規比另一種更加實用——類似于你出發時先確定街道方向，再切換到餐巾紙，以再次檢查你是否到達正確的地標。

擴展的黑洞

當我們談到黑洞和蟲洞時，就會涉及一些潛在的度規。最廣為人知的是史瓦西度規，這是第一個可以用來表征黑洞的廣義相對論精確解(即史瓦西黑洞)。

然而，史瓦西度規包含一些古怪的數學函數，在與黑洞相距一定距離，即我們今天所知的史瓦西半徑或事件視界時，它就不那么好用了。

這里的“不那么好用”，指的是史瓦西度規完全崩潰了，它不再能區分空間和時間上的不同點。

不過，我們還有另一個度規，稱為愛丁頓-芬克斯坦度規，描述了粒子到達事件視界時發生的事情：它們直接穿過并墜入黑洞，從此便消失不見。

那么，這一切與蟲洞有什么關系呢?構建蟲洞最簡單的方法是“擴展”黑洞的鏡像概念，即白洞。

這個想法最初是由阿爾伯特·愛因斯坦和內森·羅森提出的，因此蟲洞有時被稱為“愛因斯坦-羅森橋”。黑洞不會讓任何東西出來，而白洞則不會讓任何東西進去。

要制造一個蟲洞，你只需要一個黑洞和一個白洞，將它們的奇點(位于中心處具有無限大密度的點)結合起來。

于是，一個穿越時空的隧道就創造了出來。

然而，這條隧道似乎完全“走不通”。

狹窄的路徑

如果存在一個理論上的蟲洞，那我們完全有理由去問，穿過這個蟲洞時會發生什么?這時廣義相對論就要發揮作用了：在這種(非常有趣的)情況下，粒子是如何運動的?答案可能會令人不寒而栗。

白洞本身是不穩定的(甚至可能根本就不存在)，蟲洞內部的極端力量會迫使蟲洞本身伸展并斷裂，就像橡皮筋一樣。如果你想把什么東西送進蟲洞的話，那只能祝你好運了。

不過，愛因斯坦和羅森是用史瓦西度規構建了蟲洞，而大多數蟲洞分析都使用這一度規。因此，法國里昂高等師范學校的物理學家帕斯卡爾·科伊蘭決定嘗試其他方法，他改用了愛丁頓-芬克斯坦度規。今年10月，他在發表于預印本數據庫arXiv的論文中對此進行了描述，該論文預計將刊登在近期出版的《現代物理學雜志D》。

科伊蘭發現，通過使用愛丁頓-芬克斯坦度規，他可以更容易地追蹤粒子通過假想蟲洞的路徑。粒子可以在有限的時間內穿過事件視界，進入蟲洞隧道，再從另一端逃逸。在粒子軌跡上的任何一點，愛丁頓-芬克爾斯坦度規都沒有失靈。

這是否意味著愛因斯坦-羅森橋是穩定的?不完全是。廣義相對論只告訴我們引力的行為，而沒有描述其他自然力的行為。例如，熱力學理論(熱與能量之間如何相互作用)就告訴我們，白洞是不穩定的。如果物理學家試圖用真實物質在真實宇宙中制造一個黑洞和白洞的結合，從其他數學方法可知，這種結合的能量密度會使一切分崩離析。

當然，科伊蘭的研究結果仍然很有趣，因為他指出蟲洞并不像原先理論預測的那樣危險，而且在廣義相對論的框架下，完全可能存在通過蟲洞隧道的穩定路徑。

標簽： 有可能，最終，穩定