蟲洞旅行是太空科幻中最常見的元素之一。假設(shè)的宇宙飛船可以通過穿過蟲洞實(shí)現(xiàn)超光速旅行（FTL，-than-light），瞬間到達(dá)太空中非常遙遠(yuǎn)的地方。由于廣義相對論認(rèn)為宇宙中不存在比光速更快的速度，因此蟲洞旅行在廣義相對論下并不存在。
不過，最近的物理學(xué)研究表明，這種蟲洞可能存在于量子物理主導(dǎo)的微觀層面。最近的一項(xiàng)研究為這種觀點(diǎn)增添了新的證據(jù)。普林斯頓高等研究院理論物理學(xué)教授胡安和普林斯頓大學(xué)天體物理學(xué)研究生共同研究了“現(xiàn)有物理學(xué)允許”且足夠大到可以讓人類進(jìn)入的蟲洞的可能性。這篇題為《人類可以穿越的蟲洞》（）的論文發(fā)表在預(yù)印本網(wǎng)站上。
圖 | 黑洞的假設(shè)圖像（來源：今日）
蟲洞的概念最早是由德國物理學(xué)家卡爾提出的，它是愛因斯坦廣義相對論中場方程的解（物理學(xué)中稱為度量），為黑洞的存在提供了第一個理論基礎(chǔ)。
理論上，度量可以預(yù)測“永恒黑洞”的存在，即時空各點(diǎn)之間存在“直接聯(lián)系”，但提出的蟲洞（也稱為愛因斯坦-羅森橋）坍塌得非常快，而且非常不穩(wěn)定，以至于任何東西都不可能成功進(jìn)入并穿過它們。
此外，這種可穿越的蟲洞需要滿足特殊條件才能出現(xiàn)，比如負(fù)能量的存在（這在宏觀物理學(xué)中是不允許的，但在量子物理學(xué)中是允許的）。對此英語作文，并表示量子物理學(xué)中的“卡西米爾效應(yīng)”就是一個很好的例子。量子場在沿著閉合圓路徑傳播的過程中會產(chǎn)生負(fù)能量。這種效應(yīng)的影響通常很小，但對于磁荷很大的黑洞來說，影響就很大。正是出于這個原因，物理學(xué)家想到利用“帶電無質(zhì)量費(fèi)米粒子”的特性作為起點(diǎn)，構(gòu)造一個足夠穩(wěn)定的蟲洞。
具體來說，當(dāng)一個“帶電無質(zhì)量費(fèi)米粒子”在帶磁荷的黑洞附近沿著黑洞磁場線的軌跡運(yùn)動時（類似太陽風(fēng)和地球磁場中帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài)產(chǎn)生極光），黑洞附近的“真空能量”可以被修改為負(fù)值（負(fù)能量的概念），從而支持穩(wěn)定蟲洞的存在，不讓蟲洞在有東西“穿越”之前坍縮。
雖然這種類型的黑洞已經(jīng)足以讓微觀粒子“穿越”，但是如果想建造一個可以讓人“穿越”的蟲洞，就必須另辟蹊徑，在標(biāo)準(zhǔn)模型之外尋找物理學(xué)中的方法。
并認(rèn)為一種名為-II的模型（又稱五維扭曲幾何理論）是構(gòu)建此類黑洞的解決方案。該模型最初由理論物理學(xué)家麗莎和拉曼提出，用于解決粒子層次問題。它以數(shù)學(xué)方式描述了五維時空中的宇宙，讓物理學(xué)家能夠在較低的能量水平上解釋一些理論。然而，它的第五維僅通過引力與我們熟悉的物質(zhì)相連，因此無法被探測到。
其實(shí)這個模型其實(shí)相當(dāng)于在我們已知的理論基礎(chǔ)上，增加了很多個無質(zhì)量、相互作用很強(qiáng)的場，所以這個模型就涉及到了負(fù)能量的概念。
論文中提出，這種模型構(gòu)建的穩(wěn)定蟲洞的外形應(yīng)該類似于中型帶電黑洞，會產(chǎn)生引力“潮汐力”，可以擾亂航天器的軌跡。航天器必須配備非常強(qiáng)的推力裝置才能成功進(jìn)入這種蟲洞，但進(jìn)入蟲洞后，航天器能否成功“穿越”仍是一個問題。哈佛大學(xué)物理學(xué)研究人員認(rèn)為，雖然穩(wěn)定蟲洞可能存在，但實(shí)際完成蟲洞所需的時間可能比從蟲洞外部“穿越”不穩(wěn)定蟲洞要長得多。
在廣義相對論中，物體的速度越接近光速，其自身參考系中時間的流逝就越慢。例如，假設(shè)一名宇航員能夠成功駕駛飛船穿越基于-II模型的蟲洞，行駛10萬光年的距離。對于宇航員來說最早的物理學(xué)家，穿越本身可能只是一瞬間，但對于地球上的人來說，穿越可能需要1萬多年的時間。
圖 | 宇宙飛船“穿越”蟲洞的假設(shè)圖像（來源：NASA）
雖然由于蟲洞的引力，飛船不需要額外的燃料就能完成穿越，但他認(rèn)為，由于任何物體進(jìn)入蟲洞都??會被加速，外太空廣泛存在的宇宙背景輻射也可能對穿越蟲洞的宇航員造成致命的危害。即使拋開危害不談最早的物理學(xué)家，人類目前的科技水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能建造出“能穿越這種蟲洞”的飛船。
并在論文中強(qiáng)調(diào)，他們的研究只是為了探索“廣義相對論和量子物理的相互作用是否允許穩(wěn)定蟲洞的存在”。但就結(jié)果而言，雖然我們并不知道宇宙中是否真的存在這樣的蟲洞，也沒有技術(shù)可以利用這樣的蟲洞進(jìn)行長距離太空旅行，但至少目前為止，科幻小說中“穿越蟲洞”的場景在物理學(xué)上并非完全不可能。