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关于瓦普跳跃技术的初探
——虫洞

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  虫洞,这个科幻园地中的主题,今天已从纸面跃出,成为天文学家搜索的目标。虫洞为何那么吸引人?因为它为星际航行提供了一条捷径。例如从地球飞往最近的邻居——半人马座——比邻星,将要飞奔4光年的旅程,而通过虫洞,却只需几小时就够了。

  其实,远在广义相对论发表后不久,科学家就在理论上发现了虫洞的存在,但此后,对它的研究进展很慢,它的不少性质仍然十分模糊。例如,它仅能让光线通过?抑或也可使飞船穿行?直到1988年,美国加州工学院的桑恩等人,对虫洞作了较为深入的研究,才肯定虫洞的两端皆可出入,并非像黑洞那样是“单行道”。此外,旅行者在洞内仅受到一般的加速度。不像在黑洞中,若你的脚指向黑洞中心,那么巨大的引力场,会在头足之间构成极大的拉力差,足可把身首撕开。

  桑恩还提出了构造虫洞的概念,当然是理论上的。他说,这涉及到对宏观空间的挖破和扭曲。生活在二维空间(如纸面)的智慧蚂蚁,它想从纸面上的一点走到另一点,按常规,只有一种办法,即沿着连接该两点的直线走去,这也是两点间的最短距离。但还有一种距离更短的走法:把纸对折成两面,使两点靠得很近,再用一个纸筒(它提供了通过第三维的一条捷径)将两点接通,蚂蚁可经纸筒而到达彼点。为此,蚂蚁必须在纸面上挖出两个孔。在这一例中,纸筒十分类似于通过更高强空间的虫洞。故欲构筑虫洞,必撕破空间。

  空间不是空空的吗,怎样去撕破,挖孔?实难想象。但相对论早就告诉我们,引力能弯曲空间。桑恩说,空间的裂口处,时空会出现陡峭的势态,就如黑洞中心的那种情况。但他承认,由于没有一个成熟的量子引力理论,对这个问题很难深入讨论下去。

  从理论可知,虫洞内的空间被扭曲得极不自然,以致无法使它保持畅通,即使能开通,也只是一瞬间。但虫洞却可让奇异物质通过,为何奇异物质受此优待呢?这还得从相对论谈起。

  爱因斯坦认为,引力来自物质的两种全然不同的性质。一种是大家熟知的,质量密度越大,引力场也越强,由于物质的质量跟能量是等价的,故可说,能量密度(单位体积内所含的能量)对引力作出贡献;另一种是物质对周围所施加的压力,就像气体对容器壁所做的那样,但是这种压力原则上可正可负。

  若跟物质内所含的能量相比,这种压力就小得微不足道。但桑恩说,有一种物质却具有极大的负压,奇异物质就明显地具有这种特性,且其负压之大,超过了它的能量密度。从而使得奇异物质周围的空间,被扭曲得十分奇怪,跟一般物质的扭曲情况相比,正好改变了空间扭曲的“符号”,具体地说,其引力具有排斥性。

  按现代宇宙学理论,在宇宙创生后立即驱使宇宙急速膨胀的力,正是“奇异”真空的具有极大负压的排斥性引力。宇宙暴胀可能提供一种保持虫洞开放的手段。一些物理学家认为,暴胀可能造成“宇宙绳”环(宇宙理论中的一种物质),当量子虫洞和宇宙绳环同时暴胀时,有可能产生宏观的开通的虫洞。此外,他们还相信,先进文明所创造的人工虫洞,可能用奇异物质的“支柱”来保持虫洞的畅通。故桑恩的虫洞,可谓之奇异物质虫洞。

  科学家麦可思提出了磁虫洞的理论。他说,极强烈的磁场将能弯曲时空而形成虫洞。根据相对论,任何含有能量的东西(包括磁场),皆能弯曲空间。远在20年代,一位意大利理论家莱特,就在爱氏方程中找到了磁引力。

  莱特的理论说,在一个由螺线管产生的磁场中,螺线管内形成了一个引力磁,但要获得这种人工引力场,磁场需十分巨大。据麦可思说,莱特的磁引力跟桑恩的虫洞极相似。麦可思说:“其理论的实际意义,就是一个磁虫洞。”他说,若在实验室内用2.5T(特斯拉)的磁场,即可构造出一个磁虫洞,洞的半径极大,约为150光年,若欲将此虫洞的半径压缩到实验室的尺度,则所施加的磁场需大到10亿T,这显然超出目前人类的科技能力(最大人工磁场约10T)。但麦可思说,在天空中必定能找到这种磁虫洞,因为中子星表面的磁场达10亿T,在那里,磁虫洞将自发地产生。

  磁虫洞有一个优点,按麦可恩的说法,它比较容易测量验证。由于磁引力也将影响光线,“在引力场中,光速将减慢。若光线通过螺线管时,其速度低于真空中的光速”,即可证明磁虫洞的存在。

  不论奇异物质虫洞或磁虫洞,只要它们存在于天空之中,就能从地球上测得它们的特征性信号。若一个虫洞嘴处在地球和某一恒星之间,那么虫洞的引力将引起这一恒星的光产生异常的波动,将使我们看到一个两边特别明亮中间较暗(星光)R光学像。为何如此奇怪?这要谈到负(质量)物质和引力透镜。

  据俄科学家诺朱可夫的理论,当物体进入虫洞,“入口”处明显地增大质量,而同时在“出口”处,则立即失去对应的这份质量。即使此物体已穿出虫洞,也仍会留下这些痕迹:虫洞的一边将保持其已获得的质量,而另一边最终则呈现负质量。

  负(质量)物质具有明显的特性,它只具有排斥性引力,因而能将其周围的任何物质都向四周扫出,且对光线的运动造成极大的扭曲。

  通常的物质(即正质量物质),若正好通过地球与某一恒星之间,其引力将弯曲和放大这一恒星向地球射来的星光,很像一个聚光镜的行为。天文学上称之“引力透镜”效应。具体地说,我们这时将看到这一恒星星光比平时亮得多。若这个经过地球恒星间的天体,是由负物质构成的,那又将如何?它也将弯曲星光,但由于其具有排斥性引力,故弯曲星光的情况迥然不同。星光经它身旁时,会出现所谓焦散现象,即星光从透镜(负物质天体)的轴线处被推出,而在两边上聚焦。这意味着,当负物质天体运动在地球与某一恒星之间时,我们将看到,这个恒星不是像平时那样的一个光点,而是在亮度上出现两个突然增亮的跳跃。这种“双峰”亮度特征信号是十分明显的,故为探测出虫洞提供了一个方便之门。

  最近几年来,已有两个国际天文小组,对几百万颗星球的亮度进行监视,虽然他们的目的不是搜索虫洞,而是寻找暗物质。这种神秘的暗物质,他们称之“大质量天体物理密实晕体”(MACHOS)。至今,他们已找到12个左右发出暗物质特征信号的天体。而桑恩等人则认为MACHOS正是他们要寻找的东西,真是殊途同归,不过对这种天体的称呼不一。虫洞研究者称之为负引力异常密实晕体(GNACHOS),它跟虫洞密切相关。

  那么天空中有GNACHOS吗?当桑恩等人在波兰引力透镜实验小组于1994年所记录的数据中,看到了双峰(亮度)信号后,他们极为兴奋,认为这正是他们期待已久的虫洞信号!不过另外一些专家,在仔细研究了上述数据后,认为这一焦散信号跟预言中的虫洞信号略有不同,它不是虫洞嘴,而是两个相互绕转的黑洞。

  要确切地接收到虫洞的信号,要较彻底地阐明虫洞的性质,都还需要一段时间。不过虫洞从纸面跃出,而成为天文学的实测对象,这确是虫洞研究中的一大进展!