虫洞 穿越时空的通道？现在来简单谈谈高级文明可能的星际穿越方式。让我们先从黑洞说起。
恒星的一生是热能和引力能抗争的过程。在大部分时间里，恒星核心处发生的核聚变反应可以释放大量的热能，抵御自身的引力。但当核反应停止后，引力就开始占据优势，压缩自身。这个过程被称作塌缩。当太阳的核反应熄灭，其自身引力会将太阳的残骸压缩到地球大小，变成一颗白矮星。
此时的太阳密度比地球大100万倍，依靠电子简并压抵抗自身引力，保持稳定。更大的恒星死亡会变成一颗中子星，由中子简并压抵御自身引力。但当一颗恒星的质量远大于太阳时，它的寿命会变得非常短暂，死亡后它的自身引力非常的强大，无论是电子简并压还是中子简并压都不足以抵抗其身的引力。这样的恒星死亡后可能会变成一颗黑洞。
图虫洞的图示。
人们往往将黑洞想象成无比威力的引力深渊，甚至连光线也无法逃离其吸引。但事实上，站在远处，黑洞的引力和同等质量的恒星并没有差别。黑洞的真正特别之处在于它可以剧烈扭曲自身附近的时空。
研究者用事件视界来描述黑洞的半径。在事件视界之内，空间被如此剧烈地扭曲，以至于没有任何东西可以逃离黑洞。同样被弯曲的还有时间。靠近黑洞视界，时间的流逝会显著变慢。在视界之内，时间被极度弯曲，时间开始变得像是一个空间的维度。在视界内部，时间的流逝方向指向奇点。这就是为什么一切物体一旦进入黑洞就无法逃离，只能落向奇点的原因——因为那里是未来。
星系中存在百亿颗恒星，虽然只有很小的一部分质量大到足以在死亡后塌缩为黑洞，但计算总数仍然惊人。研究者估计银河系中大概存在着1亿个恒星级别的黑洞，它们的质量在3-30个太阳质量之间。银河系的中心还存在着一个巨大的黑洞，质量达到100万太阳质量。如此巨型的黑洞是无法通过恒星演化形成的。
今天的观测显示，可能大多数的星系中心都存在着这样的一个巨型的黑洞。星系演化模型认为这些巨型黑洞由宇宙早期100-1000太阳质量的中心黑洞种子通过互相合并，吸积气体慢慢演化而来。而这些黑洞最早的种子可能是宇宙第一批恒星死亡后的残骸。
没有人能够真正看到黑洞，因为光无法从黑洞周围逃逸。但是我们还是可以想办法发现黑洞。比如，黑洞可以通过X-ray观测寻找。虽然黑洞视界内部的光无法逃逸，但是当物质落向黑洞时，其巨大的引力势能会转化为热能并通过辐射向外传播。这些辐射在X-ray波段非常明亮，常常被作为寻找黑洞的指针。再比如，很多黑洞和恒星相互绕转，构成双星系统。研究者可以测量恒星的运动，从而推测另一颗黑暗天体的质量。用这种方法找到的最著名的黑洞是天鹅座X-1。著名物理学家霍金和基普·索恩曾经争论这颗天体是否为黑洞，并定下赌约。最终，坚信黑洞存在的基普·索恩获胜。因为在后续的观测中，根据它伴星的运动，研究者推断这颗黑暗天体的质量达到了15倍太阳质量。在这样的质量下，这颗致密天体必然无法抵御自身引力，一定早已塌缩成为黑洞。
关于黑洞的种种知识，我推荐读者们去阅读基普·索恩教授撰写的科普读物《黑洞和时空弯曲》。基普·索恩师出名门，其博士导师是二十世纪物理大家约翰·惠勒。惠勒是量子力学大师波尔的徒弟，美国两弹计划的重要参与者，在量子力学、黑洞和致密天体物理、引力论等方面均做出重要贡献。惠勒和霍金的老师席尔玛以善于授徒并称于世。诺贝尔奖得主理查德·费恩曼(因对量子电动力学的贡献获得诺贝尔奖)就是惠勒的学生。基普·索恩一生的研究同样集中在引力论和量子引力论领域，尤其在黑洞领域贡献良多。他曾是加州理工大学历史上最年轻的教授，同时他还是世界上最重要的引力波探测计划LIGO的奠基人和早期领导者。
随着好莱坞科幻影片《星际穿越》的大热，作为其科学顾问和创意人的基普·索恩也为人熟知。在这部电影里，基普·索恩终于如愿以偿地将自己毕生最爱的黑洞「正确」地搬上了大银幕。在电影中，库珀和阿梅莉亚前去探索的三颗行星就环绕在一颗巨型的黑洞周围，而这个黑洞在另一个星系中心。黑洞的名字「卡刚都亚」来自于《巨人传》中巨人的名讳，它的质量也不负其名，设定中比银河系中心黑洞还要重一百倍，达到一亿太阳质量。
现实中，这样的黑洞周围可能存在适合生存的行星吗?
图 不同天体对空间的扭曲程度的图示。
大概很难，因为巨型黑洞吸积物质产生的高能射线对任何生命都是致命的。在《星际穿越》的科学设定集中，卡刚都亚被设定为极其不活跃的黑洞，几乎没有任何质量增长。
基普·索恩研究生涯中另一个奔放的猜想是时空旅行。这个思想实验可以回溯到1985年，著名天文学家卡尔·萨根请求索恩帮助审阅《超时空接触》的书稿。萨根希望通过一个黑洞将女主角传送到遥远的织女星。索恩短暂思考后就明白这是不可能的，因为黑洞的中心是引力的奇点，落入黑洞只会将女主角撕碎。但索恩并没有就此回复萨根这个否定的答案，而是开始思考利用另一类奇异引力天体——虫洞，进行超空间旅行的可能性。
从数学上看，虫洞是爱因斯坦引力方程的一些有特殊性质的解，它可以从高维空间连接我们所在空间的两处。惠勒将这些解命名为虫洞，因为它们就好像是苹果上被虫蛀出的通道。本来只能在苹果表面爬行的虫子，可以通过虫洞穿越三维空间，到达苹果的另一端。然而虫洞的问题在于它会在创生后迅速塌毁、消失，因此难以利用。在一次度假的途中，索恩想出了解决的方案——如果在虫洞中注入奇异物质，即负能量的物质，就可以保持虫洞稳定张开。
虫洞就此进入了科幻世界，成为了太空歌剧舞台上超空间旅行的标准配置。在《星际穿越》中，虫洞扮演了空间隧道的角色，将卡刚都亚和土星附近的时空直接连通。可是如何才能制造虫洞呢?即使是基普·索恩也没有想到好的方法，只能交出一个不算完美的方案：在空间的亚微观尺度上可能存在着由量子泡沫连接成的虫洞网络，高级文明可以找到合适的虫洞，注入奇异物质(或者加上高维立场)使其稳定，并利用它们。
这种旅行方式真的能够实现吗?基普·索恩教授在《星际穿越》科学设定书中表示，他自己反正是不太确定。
除了作为星际旅行的快速通道，虫洞也可能被构造成时间机器。如果虫洞的一端在地球，另一端开在黑洞附近，按照爱因斯坦的引力理论，离黑洞近的地方时间流逝得比地球上的时间更慢。当引力造成的两地时间差超过从地球旅行到黑洞的时间差，人们就可以通过先从正常路径旅行到黑洞，再从虫洞穿越回地球的方式回到地球的过去。这种构想由基普·索恩提出，但他随即意识到这样的时间机器可能极其不稳定，很难真的存在于宇宙中。为什么说「可能?因为霍金证明了虫洞作为时间机器的稳定性问题是属于量子引力领域的问题。而对后者，人们仍然知之甚少。
