【虫洞】(5/7)

但是，艾丽与同事按照外星球智慧生物提供的方法建造出的设备究竟利用了什么方式让旅行者跨越遥远的星际空间的呢？这是萨根需要大胆“幻想”的地方。他最初的设想是利用黑洞。但是萨根毕竟不是普通的科幻小说家，他的科学背景使他希望自己的科幻小说尽可能地不与已知的物理学定律相矛盾。于是他给自己的老朋友，加州理工大学(californiainy)的索恩(kihorne)教授打了一个电话。索恩是研究引力理论的专家，萨根请他为自己的设想做一下技术评估。索恩经过思考及粗略的计算，很快告诉萨根黑洞是无法作为星际旅行的工具的，他建议萨根使用虫洞(hole)这个概念。据我所知，这是虫洞这一名词第一次进入科幻小说中[注四]。在那之后，各种科幻小说、电影、及电视连续剧相继采用了这一名词，虫洞逐渐成为了科幻故事中的标准术语。这是科幻小说家与物理学家的一次小小交流结出的果实。

萨根与索恩的交流不仅为科幻小说带来了一个全新的术语，也为物理学开创了一个新的研究领域。在物理学中，虫洞这一概念最早是由米斯纳(c.isner)与惠勒(j.a.wheeler)于一九五七年提出的，与人类发射第一个航天器恰好是同一年。那么究竟什么是虫洞？它又为什么会被科幻小说家视为星际旅行的工具呢？让我们用一个简单的例子来说明：大家知道，在一个苹果的表面上从一个点到另一个点需要走一条弧线，但如果有一条蛀虫在这两个点之间蛀出了一个虫洞，通过虫洞就可以在这两个点之间走直线，这显然要比原先的弧线来得近。把这个类比从二维的苹果表面推广到三维的物理空间，就是物理学家们所说的虫洞，而虫洞可以在两点之间形成快捷路径的特点正是科幻小说家们喜爱虫洞的原因[注五]。只要存在合适的虫洞，无论多么遥远的地方都有可能变得近在咫尺，星际旅行家们将不再受制于空间距离的遥远。在一些科幻故事中，技术水平高度发达的文明世界利用虫洞进行星际旅行就像今天的我们利用高速公路在城镇间旅行一样。在著名的美国科幻电影及电视连续剧《星之门》(e)中人类利用外星文明留在地球上的一台被称为“星之门”的设备可以与其它许多遥远星球上的“星之门”建立虫洞连接，从而能够几乎瞬时地把人和设备送到那些遥远的星球上。虫洞成为了科幻故事中星际旅行家的天堂。

不过米斯纳与惠勒所提出的虫洞是极其微小的，并且在极短的时间内就会消失，无法成为星际旅行的通道。萨根的小说发表之后，索恩对虫洞产生了浓厚的兴趣，并和他的学生莫里斯(orris)开始对虫洞作深入的研究。与米斯纳和惠勒不同的是，索恩感兴趣的是可以作为星际旅行通道的虫洞，这种虫洞被称为可穿越虫洞(traverhole)。

三.负能量物质

那么什么样的虫洞能成为可穿越虫洞呢？一个首要的条件就是它必须存在足够长的时间，不能够没等星际旅行家穿越就先消失。因此可穿越虫洞首先必须是足够稳定的。一个虫洞怎样才可以稳定存在呢？索恩和莫里斯经过研究发现了一个不太妙的结果，那就是在虫洞中必须存在某种能量为负的奇特物质！为什么会有这样的结论呢？那是因为物质进入虫洞时是向内汇聚的，而离开虫洞时则是向外飞散的，这种由汇聚变成飞散的过程意味着在虫洞的深处存在着某种排斥作用。由于普通物质的引力只能产生汇聚作用，只有负能量物质才能够产生这种排斥作用。因此，要想让虫洞成为星际旅行的通道，必须要有负能量的物质。索恩和莫里斯的这一结果是人们对可穿越虫洞进行研究的起点。

索恩和莫里斯的结果为什么不太妙呢？因为人们在宏观世界里从未观测到任何负能量的物质。事实上，在物理学中人们通常把真空的能量定为零。所谓真空就是一无所有，而负能量意味着比一无所有的真空具有“更少”的物质，这在经典物理学中是近乎于自相矛盾的说法。

但是许多经典物理学做不到的事情在二十世纪初随着量子理论的发展却变成了可能。负能量的存在很幸运地正是其中一个例子。在量子理论中，真空不再是一无所有，它具有极为复杂的结构，每时每刻都有大量的虚粒子对产生和湮灭。一九四八年，荷兰物理学家卡什米尔(ir)研究了真空中两个平行导体板之间的这种虚粒子态，结果发现它们比普通的真空具有更少的能量，这表明在这两个平行导体板之间出现了负的能量密度！在此基础上他发现在这样的一对平行导体板之间存在一种微弱的相互作用。他的这一发现被称为卡什米尔效应。将近半个世纪后的一九九七年，物理学家们在实验上证实了这种微弱的相互作用，从而间接地为负能量的存在提供了证据。除了卡什米尔效应外，二十世纪七八十年代以来，物理学家在其它一些研究领域也先后发现了负能量的存在。

因此，种种令人兴奋的研究都表明，宇宙中看来的确是存在负能量物质的。但不幸的是，迄今所知的所有这些负能量物质都是由量子效应产生的，因而数量极其微小。以卡什米尔效应为例，倘若平行板的间距为一米，它所产生的负能量的密度相当于在每十亿亿立方米的体积内才