穿越不可能的距離
在聖誕老人奇幻之旅中，我們提到「燭星」系統距離地球1830光年，如果聖誕老人駕著雪橇以「新視野號」的速度（59000公里/小時）行進，這需要大約三千多萬年的時間才能抵達地球。即使聖誕老人快如光速也需要千年的時間，那麼他要如何在短時間內穿越這不可能的距離？或許雪橇可以超光速？但愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，沒有任何物體能夠運動的與光速一樣快，這是絕對被禁止的。看來，聖誕老人只剩下唯一的一個選擇——蟲洞。
著名的天文學家卡爾·薩根（Carl Sagan），曾被科幻小說家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）推崇為「歷史上最成功的科學普及家」。他不僅設計了旅行者號的「星際唱片」、先驅者號的「地球名片」，還創作了像《伊甸園的飛龍》、《暗淡藍點》、《魔鬼出沒的世界》等膾炙人口的經典作品。
卡爾·薩根在科學成就和科學普及方面都極其成功。
上個世紀80年代，薩根創作了極為成功的作品《宇宙》，讓更多的人認識到，其實我們和宇宙之間有著千絲萬縷的聯繫，正如他所寫道的：「宇宙也在我們體內，我們都是星塵構成的。我們是宇宙了解其自身的途徑。」
在完成《宇宙》之後，他決定寫一本關於星際旅行的科幻小說：《接觸》。他在書中所設計的橋段是讓女主角快速地旅行到遠在26光年之外的織女星旁。但薩根為了在科學上盡量保持精確，於是他向他的好朋友基普·索恩（Kip Thorne）尋求建議。
基普·索恩。| 圖片來源： 騰訊WE大會
如果你看過電影《星際穿越》，聽說過黑洞合併輻射出的引力波，關注過2017年的諾貝爾物理學獎，那麼就不可能不認識基普·索恩，他是研究愛因斯坦的引力理論——廣義相對論方面的專家。
廣義相對論方程就像是一張神秘的配方，描述著時空（空間和時間的結合）如何被揉成各種形狀——從扁平煎餅到彎曲的羊角麵包。這些時空的形狀決定其他物體的運動方式。試想一下，當你在野餐時，看見一直路過的螞蟻。仔細觀察你會發現這隻螞蟻繞著蘋果走的路線要比穿過餐巾紙的路線更曲折，這就好比宇宙中的物體（行星、彗星等）也會在彎曲的區域沿著彎曲的路徑移動。那麼，是什麼彎曲了時空？是質量和能量的總量與分布，例如，太陽系的引力阱是由太陽的質量雕刻出來的。
質量會彎曲時空。
在極端情況下，聚集在足夠小區域內的一團物質會撕裂時空的結構，導致所謂的奇點——一個密度無窮大的點。在這一點上，時空似乎走到了盡頭。這並非科幻小說中的情節，而是廣義相對論的核心方程的史瓦西解的情況。史瓦西解描述的是超緻密的、坍縮的恆星核——黑洞。
△ 史瓦西度規是真空愛因斯坦場方程的一個解。仔細看史瓦西解就會發現當 r = 2M（r 為半徑，M 為質量）時出現的奇異性，這個半徑也被稱為史瓦西半徑。不僅如此，當半徑為零時（r = 0)，史瓦西的解中也具有奇異性，我們對其最好的理解是，這些奇異性標記著時空中真正的物理奇點（r = 2M的奇異性可以通過坐標變換予以消除），幾何自身在奇點處失效。如果你進入一個史瓦西黑洞，你就會遇到這個奇點，但我們不知道接下來會發生什麼，甚至說不確定「接下來」是否是個恰當的詞。
1935年，當時在普林斯頓高等研究院的愛因斯坦和內森·羅森（Nathan Rosen）對史瓦西解的重新解釋，避免了這些奇點。他們設想了一個時空隧道，可以連接兩個相距遙遠的區域，這被稱為「愛因斯坦-羅森橋」。上世紀60年代，索恩的博士導師、創造「黑洞」一詞的那位富有創造力的物理學家——約翰·惠勒（John Wheeler）將這些連接稱為「蟲洞」。試想有一隻蟲子，如果它想從一端爬到另一端，最快的方法就是抄近道：直接穿過蘋果內部。
當薩根聯繫索恩時，索恩設想了一個類似史瓦西蟲洞的東西，連接著空間中兩個遙遠的部分，可以說是一條星際隧道。
但索恩意識到，史瓦西蟲洞是行不通的。首先，它非常不穩定，即使是一點點質量的引力作用也會導致它的崩塌。因此，如果一艘宇宙飛船試圖進入史瓦西蟲洞，蟲洞就會關閉。而且，如果蟲洞的入口位於一個黑洞的內部，旅行者將會遭遇到致命的輻射、讓人粉身碎骨的引力，以及足以讓人噁心反胃的加速度。
索恩和邁克爾·莫里斯（Michael Morris）想出一個替代方案，他們找到了廣義相對論方程的一種新穎的解，這種解是一個可以被人類旅行者穿越的蟲洞。
如何穿越蟲洞？
這個解決方案是專門為消除進入黑洞的麻煩而設計的，可以相對快速、舒適地通過蟲洞。進入蟲洞的「洞口」（入口），然後穿過蟲洞的「咽喉」（通道），旅行者會發現自己從空間中另一處的另一個口裡冒出來。如果一切順利，她將迅速到達另一顆恆星附近，而不是經過數百年甚至更長的時間才能到達。
莫里斯和索恩意識到，他們的計劃是極端假設性的，需要一個幾乎不可思議的工程壯舉才能實現。首先，創造蟲洞所需的質量相當於一個星系的質量。此外，還需要一種新的被稱為「奇異物質」的負能量密度的材料，來撐開蟲洞的喉嚨，防止它坍塌。然而，沒有什麼已知物質的質量是負的。
惠靈頓維多利亞大學的物理學家馬特·維瑟（Matt Visser）提出了一些讓人保持樂觀的理由，他很快就找到了一種方法，將所需的異常物質的質量降至最低。正如他和其他人指出的那樣，奇異物質具有與量子真空能量相同的特徵，量子真空是粒子物理的基態，具有能夠產生排斥力的負壓強。
也許未來的文明能夠開採出足夠的能量來建造蟲洞。被稱為「幽靈能量」（phantom energy）的假想能量——一種具有相當大負壓強的暗能量，被用來解釋宇宙膨脹的加速度——也有望成為穩定蟲洞的潛在方法。
在莫里斯和索恩發表第一篇論文後不久，他們與索恩在加州理工學院的另一名博士生烏爾維·尤爾瑟弗（Ulvi Yurtsever）合作，撰寫了另一篇引人注目的文章，展示蟲洞如何能夠被用作時間機器。
關鍵是要加速蟲洞的一個洞口，使之接近光速，同時讓另一個洞口保持靜止。狹義相對論的時間膨脹現象告訴我們，相對於一個靜止的觀察者，在一個接近光速的物體附近的時間會顯著減慢。因此，雖然靜止的洞口已經經過了100年，而高速的洞口——如果它的速度足夠快——或許只經過了一年時間。如果前者的日曆顯示的是2118年，那麼後者的日曆就是2019年。假設一個太空旅行者在2118年航行到蟲洞固定的口，如果通過蟲洞喉嚨的速度足夠快，她將在2019年從蟲洞移動的洞口裡出來。
回到過去
如果在打開這篇文章之前，你曾在猶豫過自己出了閱讀這篇文章還可以做些什麼，那麼現在你或許有了答案——假設你有一艘先進的宇宙飛船和一個宇宙定位系統（CPS）裝置，只要找到一個蟲洞，穿過它，回到你開始閱讀這篇文章之前的時間，說服自己去打一局遊戲就可以了。
然而，有人提醒說，你的行為會造成一個悖論，因為如果你從未讀過這篇文章，你就不知道如何回到過去（或者至少沒有必要）。
為了避免諸如此類的悖論，比如遇見過去的自己並說服自己永遠不要追求時間旅行，或者回到過去並意外地消滅自己的祖先，一些物理學家斷言，穿越回過去的時間旅行是不可能的。例如，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出了時序保護猜想，以保護過去不受篡改。
其他人，比如莫斯科州立大學和俄羅斯列別捷夫物理研究所的伊戈爾·諾維科夫（ Igor Novikov）則在他所謂的「自我一致性原則」中提出，通向過去的時間航行沒有問題，只要改變的過去與現在保持一致，也就是說，它確實應該發生。例如，如果你回到過去，說服卡爾·薩根，蟲洞不適合他的小說，也許這就是他需要聯繫基普·索恩、看看蟲洞是否適合的動機，而這導致了後來實際發生的事情。
最後，有一些人推測，逆時間旅行可能會導致時間分叉，從而通向平行現實。
無論如何，索恩、莫里斯、尤爾瑟弗、諾維科夫、霍金、維瑟等人的工作推動了對時空旅行和蟲洞的討論，使之從充滿幻想的科幻小說發展為嚴肅的、同行評議的（儘管是高度推測性的）科學。
誰知道呢，也許有一天，我們的文明會進步到足以驗證這些深遠的假設，並創造或發現真正的蟲洞。只有時間會告訴我們答案。如果蟲洞存在，我們就擁有了世界上所有的時間。
參考鏈接：
https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/wormholes-as-time-machines/
https://www.quantamagazine.org/newfound-wormhole-allows-information-to-escape-black-holes-20171023/
http://adsabs.harvard.edu/abs/1988AmJPh..56..395M
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.39.3182
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.61.1446
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.46.603
https://arxiv.org/pdf/1608.05687.pdf
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