可以实现时空旅行的虫洞，到底有哪些科学依据？

xujiahui

带我们回到过去的是回忆，带我们去到未来的是梦想。——《时间机器》

想要实现时空旅行，回到过去，自古以来一直是人类的梦想，但凭空想象肯定是不行的。但是自从爱因斯坦提出相对论之后，又再一次燃起了人们对时空旅行的研究。

大约100多年，物理学家路德维希·弗莱姆就提出了“虫洞”的概念。之后爱因斯坦在研究引力场方程的时候作出了这样一种假设：

黑洞和白洞直接可以形成虫洞，通过穿越虫洞就可以实现时空转移和时空旅行。那么今天我们就来谈论一下，虫洞是如何形成的，以及它如何带我们进行时空旅行。
黑洞、白洞和虫洞之间有关系？

看到这几个词，大家应该会比较熟悉，毕竟它们会经常出现在许多影视作品或者科幻小说中。我们首先要从爱因斯坦的相对论开始说起。

黑洞我们应该很了解了，就是一个引力非常大的奇点，能够吞噬任何靠近它的物质。而白洞，顾名思义，就是性质和黑洞完全相反，任何物质和光都不能进入黑洞。

而且白洞只是广义相对论中推导出来的假象上一种洞，目前还没有任何证据支撑它的存在。

虫洞最早出现在广义相对论的史瓦西解中，科学家了解了时空并不是平坦的，而是可以弯曲的，当大质量恒星形成黑洞时，就是使得时空无限的向下坍塌，测底线几乎会和原来的时空相互垂直。

于是科学家就想：黑洞内部应该会和时空的另一个部分连接起来，黑洞的另一端就是白洞，而中间连接的部分就叫做白洞。

也就是从那个时候，物理学家们才开始对研究虫洞的性质产生了兴趣。

黑洞和白洞之间由虫洞连接，可以在黑洞和白洞之间传送物质。但是还有一点要说明，物质在进入黑洞时会被完全的分解到亚原子级别，最后才能通过虫洞传送到白洞然后出来。
虫洞存在吗？目前有哪些理论支持？

上面提到的史瓦西的解，来自广义相对论中的核心方程——爱因斯坦方程关于球状物质分布的解。也被叫做史瓦西黑洞，这就是黑洞存在的理论支持，而去年我们也真正的拍到了第一张黑洞照片。

那么白洞呢？因为在相对论中，方程可以在时间上进行反演，经过简单的数学计算，就可以得到一个新的解，主要注意的是，白洞存在的理论远不及黑洞，因为这个方程的解现在还只是停留在数学上，物理意义还很不明确的。

科学家多次尝试把史瓦西的解以坐标系的形成呈现出来，其中定义域最广的就是克鲁斯卡尔坐标系，它使得坐标系中的所有点（除奇点之外）都有定义，简单来讲就是可以最大限度的把史瓦西解推广到整个时空当中。

从图中我们可以看到，我们的宇宙被划分成了四部分。那么虫洞哪去了？理论上讲，虫洞应该是通过黑洞和白洞，把我们所在的宇宙和镜像宇宙连到一起，这就是虫洞的概念。

现在我们应该已经了解了以下几点：

黑洞是现在已经确定宇宙中存在。白洞是对爱因斯坦方程的史瓦西解，通过时间反演得到的数学上的概念。白洞的存在还会和热力学定律产生矛盾。总的来说，关于白洞是否存在还是未知数。虫洞和白洞情况差不多，虫洞也有严格定义上的数学形式，而且关于虫洞的论文也不在少数，但事实上虫洞确实没有任何的实际观测的证据。

早在19世纪50年代，已有科学家对“虫洞”作过研究，由于当时历史条件所限，一些物理学家认为，理论上也许可以使用“虫洞”，但“虫洞”的引力过大，会毁灭所有进入的东西，因此不可能用在宇宙航行上。
创造出稳定存在的虫洞需要什么条件？

上世纪50年代的时候，物理学家就已经对虫洞进行过研究了，之后史蒂芬霍金也对虫洞理论进行研究之后得出的结论是：因为虫洞的引力非常大，将会摧毁所有进入里面的物质。也就是说物理定律不允许，宏观世界的我们进行时空旅行，以此避免出现时间悖论。

“似乎有一个时序保护机制，防止封闭类时曲线的生成，从而让历史学家得到安全的宇宙。
It seems that there is a Chronology Protection Agency which prevents the appearance of closed timelike curves and so makes the universe safe for historians.”

随着科学不断的发展，人们发现“虫洞”的巨大引力可以使用“负质量”来进行中和，从而使得虫洞能够稳定的存在。

物理学家发现，“正物质”有质量，那么反过来“反物质”就应该拥有“负质量”，负质量之间会进行排斥的作用，所以理论上可以利用负质量的物体来抵抗虫洞中的巨大引力。

伟大的物理学家史蒂芬霍金也曾猜测，宇宙中，可能存在数以亿计的虫洞，可惜这些虫洞都太小了，小到连一个原子也放不下。而“负质量”的发现再一次科学家对虫洞的研究有了进展，这样一来，就可以利用负质量来扩大虫洞的大小了。

具体是这么一回事：把“负质量”传送到“虫洞”里面去，然后把“虫洞”打开并加强它的结构，让它稳定的存在，最后我们就可以乘坐太空飞船穿越虫洞了。

什么是负质量？有没有真的负质量？

负质量（negative mass）是一个物理学中的一个概念，我们从字面意思来理解，就是质量是负的，和我们生活中的质量完全相反，比如-10kg。

在相对论中，我们知道质量和能量其实是一个物体的同一个属性，也就是说，质量和能量其实是一回事，负质量我们也可以看成是负能量，当然这里的负能量可不是我们生活中，让人产生负面情绪的负能量。

需要注意的是，反物质并不是负质量，反物质的质量依然是正的。而负质量的物质之间会存在相互排斥的力，那么正负质量的物体相遇会发生什么，理论上来讲，它们可能会融合到一起，最终消失掉。听其实可能有点不可思议，但实际就是这的情况。

“负质量”刚提出时还只存在于理论之中。尽管现在依然处于搜索阶段，但是现在世界上的许多科学家都成功的证实“负质量”的存在性。

总结。

虫洞理论是由相对论推导出来的一种数学模型，在物理上，目前没有证据表明它的存在。而且虫洞的稳定存在需要负质量来维持，等等这些对我们来说都还是未知数，所以依靠虫洞进行时空旅行目前来讲，还是不现实的。

原文地址：今日头条

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