穿越星際：人類真的可以活著穿越蟲洞嗎？

看過科幻太空史詩《星際穿越》的人都知道，劇中人類文明正面臨毀滅的危險，但是宇航員們看到了一絲希望：因為土星附近神秘地出現了一個蟲洞。這條穿越時空的隧道通向一個遙遠的星系，人類可以穿過這條隧道，找尋一個可以殖民的星球，以延續我們的文明。

星際穿越中的蟲洞

電影中的蟲洞是基於真實的物理學理論的，由天體物理學先驅基普·索恩(Kip Thorne)建立。索恩曾經是加州理工學院的教授，不過現在已經退休在家。除了學術上的貢獻外，他還曾經幫助卡爾·薩根(Carl Sagan)設計著名科幻小說《接觸》(Contact)中的蟲洞。

《星際穿越》電影中的視覺效果非常震撼，很多人都認為電影中對蟲洞與黑洞描繪的準確性可能在整個電影史上數一數二。

當然，在電影中還有一個很重要的方面沒有提及：你如何在這樣的一次星際穿越中活下來？

穿越星際：人類真的可以活著穿越蟲洞嗎？

任何可穿行的球對稱蟲洞一定是由某種具備負能量的物質支撐著的。這些物質的能量至少要和光束（或者其他以近光速運動的物體）穿行蟲洞時所承受的負能量相當。（在相對論物理定律里，能量的概念比較奇怪—— 一個人所測量到的能量取決於他的運動速度和方向。）我把這種具有負能量的物質稱為「奇異物質」（exotic matter）。（後來我才知道，其實根據愛因斯坦的廣義相對論，任何蟲洞，無論球對稱與否，如果想要保持可穿行的性質，其內部必須填充奇異物質。這個結論是加州大學戴維斯分校的丹尼斯· 甘農（Dennis Gannon）教授在1975 年證明的一個理論的推論。由於我的一些疏忽，當時我並不知道甘農教授的這一理論。）令人驚異的是，現有的理論表明，奇異物質是可以存在的，當然這要歸功於量子物理裡面那些奇怪的法則。物理學家們甚至在實驗室里製造出了極少量的奇異物質——實驗是在距離極近的兩個導體板之間實現的。這個效應被稱作卡西米爾效應（Casimir effect）。但是那時（1985 年）的我還不是非常清楚蟲洞是否可以抓住足夠多的奇異物質以保持自身的連通，所以我還做了其他兩件事。第一，我寫信給卡爾，建議他把書中「通過黑洞把埃莉諾· 阿羅維博士送到織女星」中「通過黑洞」的部分改成「通過蟲洞」。信中我還附上了一份描述蟲洞的相關計算。這份計算顯示，可穿行蟲洞內必須填入「奇異物質」。卡爾接納了我的建議（並且把我有關蟲洞的方程加在了他小說的致謝裡面）。從此，蟲洞正式出現在現代科幻領域，比如小說、電影和電視劇等。第二，我與我的兩名學生馬克· 莫里斯（Mark Morris）和烏爾維· 尤爾特塞韋爾（Ulvi Yurtsever）一起發表了兩篇關於「可穿行蟲洞」的科技文章。在這兩篇文章中，我們向物理界同行們提出了一個問題：通過結合量子定律和廣義相對論物理定律，一個高度發達的文明是否可以在蟲洞中放入足夠多的奇異物質來使之保持連通？這促使大量的物理學家們進行了大量的研究工作，但是直到今天為止——大約30 年過去了，這個問題依然沒有答案。絕大部分研究結果給出了否定的答案，「可穿行蟲洞」也許不可能存在。我們離最終的答案還有很長的路要走。相關細節請閱讀我的物理學同事艾倫· 埃弗里特（Allen Everett）和托馬斯· 羅曼（Thomas Roman）合著的《Time Travel and Warp Drives 》一書。

可穿行蟲洞應該是什麼樣子？

對於類似人類這樣生活在宇宙中的生物而言，一個可穿行的蟲洞看起來會是什麼樣子呢？我不能給出確切的答案。如果一個蟲洞能夠維持開放狀態，如何實現的細節依舊是一個謎，所以蟲洞形狀的具體細節也是未知的。相比之下，羅伊· 克爾已經給出了關於黑洞的精確描述。所以關於蟲洞的性質，我只能給出一些基於現有理論的猜想，我對這些猜想還是相當有信心的，因此把這一小節標註成（有根據的推測）。（節選自《星際穿越》）

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