非標準模型理論可能容許人類穿過蟲洞

蟲洞（Wormholes）是科幻小說中的一個流行概念，太空船可以通過這種方式實現超光速移動，並立即從時空的一個點移動到另一個點。 儘管相對論一般學說不能存在可穿越的蟲洞，但最近的研究顯示，實際上在量子物理學領域是有可能的。

唯一的缺點是它們實際上要比正常空間花費更長的時間和/或可能是微觀的。在長春藤聯盟（Ivy League）八所私立大學的兩位科學家進行一項新研究，標準物理學模型之外的量子物理學領域，有蟲洞存在的可能性。這些蟲洞不僅足夠大，還可以穿越，而且對於希望從某一個太空的旅行者來說，能夠安全地由一點穿越去另一點。

這項名為「人類可穿越的蟲洞」的研究是由位於普林斯頓的高等研究院卡爾·P·費恩伯格（Carl P. Feinberg）理論物理學教授胡安·馬爾達塞納（Juan Maldacena）和普林斯頓大學天體物理學系研究生阿列克謝·米利欣（Alexey Milekhin）進行。兩人就過去的蟲洞問題以及如何將它們作為安全穿越太空的手段進行廣泛研究。

關於蟲洞的理論是在20世紀初隨著愛因斯坦的一般相對論而出現。最早假設它們存在的是德國物理學家和天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild），他對愛因斯坦的場方程式（Einstein field equations）史瓦西度規（Schwarzschild Metrix）的求解導致了黑洞存在的第一個理論基礎。

史瓦西度規的一個標準結果就是他所說的永恆黑洞（eternal black holes），它本質上是時空中不同點之間的聯繫。但是，史瓦西蟲洞（又稱：愛因斯坦-羅森橋 Einstein–Rosen bridges）是不穩定，因為它們會塌陷得太快，以至於任何東西都無法從一端穿過。

馬爾達塞納教授和米利欣解釋，可穿越的蟲洞需要特殊的環境才能存在。這包括負能量的存在，這在經典物理學中是不允許的，但在量子物理學領域是可能的。他們聲稱卡西米爾效應（Casimir Effect）就是一個很好的例子，其中量子場在沿閉合圓傳播的同時產生負能量。粒子可以進入一個點並在周圍平坦的空間中開始出現，從而繞行一圈。這意味著真空能量可以修改並成為負數。這種負能量的存在可以支持穩定蟲洞的存在，蟲洞是時空中各個點之間的橋樑，在某些事物有機會穿越它之前不會崩潰。

基於作為粒子物理學標準模型一部分的物質，此類蟲洞是可能的。唯一的問題是，這些蟲洞的尺寸必須是微觀的，並且只能存在很小的距離。對於人類旅行而言，蟲洞必須很大，這需要超出標準模型的物理條件。

對於馬爾達塞納教授和米利欣而言，這就是藍道爾-桑壯第二種（Randall-Sundrum II）模型（又稱五度扭曲幾何理論）發揮作用的地方。該模型以理論物理學家麗莎·藍道爾（Lisa Randall）和拉曼·桑壯（Raman Sundrum）的名字命名，以五度描述宇宙，最初是為解決粒子物理學中的層次結構問題而提出的。

藍道爾-桑壯第二種模型是基於這樣的認識，即五度時空也可以用比我們通常探索的能量更低的能量來描述物理學，但由於它僅通過重力與我們的物質耦合，因此它可以逃脫檢測。實際上，它的物理學類似於在已知的物理學中增加許多強烈相互作用的無質量場，因此，它會產生所需的負能量。

從外部來看，馬爾達塞納教授和米利欣得出的結論是，這些蟲洞類似於中等大小的帶電黑洞，它們會產生類似的強大潮汐力，太空船需要警惕。他們聲稱，要做到這一點，潛在的旅行者在穿過蟲洞的中心時需要非常大的提升因子。

假設這是可能的，問題仍然是這些蟲洞是否可以充當時空兩點之間的捷徑。如前所述，哈佛大學的丹尼爾·賈菲里斯（Daniel Jafferis）之前的研究，包括考慮愛因斯坦和彌敦·羅森（Nathan Rosen）的研究顯示，儘管需要穩定的蟲洞實際上比正常蟲洞需要更長的穿越時間。

但根據馬爾達塞納教授和米利欣的研究，從旅行者的角度來看，它們的蟲洞幾乎不需要花費時間。從局外人的角度來看，旅行時間會更長，這與廣義相對論相符。

【圖：美國太空總署；文：節譯自今日宇宙網頁】