马特·威廉姆斯，《今日宇宙》 艺术家插图的航天器通过虫洞到一个遥远的星系
信用:NASA 虫洞是科幻小说中的一个流行特征，通过这种方式，宇宙飞船可以实现超光速(FTL)旅行，并瞬间从时空的一点移动到另一点
虽然广义相对论禁止“可穿越虫洞”的存在，但最近的研究表明，它们在量子物理领域内实际上是可能的
唯一的缺点是，它们实际上比正常空间要花更长的时间穿越，并且/或者可能是微观的
在一项由一对常青藤联盟科学家进行的新研究中，标准模型之外的物理学的存在可能意味着那里有虫洞，它们不仅大到足以被穿越，而且对于想从A点到B点旅行的人来说是完全安全的
这项名为“人类可穿越的虫洞”的研究是由卡尔·P·胡安·马尔达西那进行的
高级研究所理论物理学教授范伯格和普林斯顿大学天体物理学研究生阿列克谢·米莱欣
这对夫妇在过去就虫洞的主题以及它们如何成为安全穿越太空的一种手段写了大量的文章
关于虫洞的理论出现在20世纪初，是对爱因斯坦广义相对论的回应
第一个假设黑洞存在的人是德国物理学家和天文学家卡尔·史瓦西，他对爱因斯坦场方程(史瓦西度量)的求解为黑洞的存在提供了第一个理论基础
史瓦西度量的一个结果是他所称的“永恒黑洞”，本质上是时空不同点之间的联系
然而，这些史瓦西虫洞(也就是爱因斯坦-罗森桥)并不稳定，因为它们坍塌得太快，任何东西都无法从一端穿越到另一端
正如马尔达切纳和米利钦通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样，可穿越的虫洞需要特殊的环境才能存在
这包括负能量的存在，这在经典物理学中是不允许的——但在量子物理学中是可能的
他们声称，这方面的一个很好的例子是卡西米尔效应，在这个效应中，量子场沿着一个封闭的圆传播时会产生负能量
“然而，这种效应通常很小，因为它是量子效应
在我们之前的论文中，我们意识到这种效应对于具有大磁荷的黑洞来说是相当可观的
新想法是利用带电无质量费米子的特殊性质(像电子一样但质量为零的粒子)
对于一个带磁荷的黑洞来说，它们沿着磁力线运动(就像太阳风中的带电粒子在地球极地附近产生极光一样)
" 这些粒子可以进入一个点，在周围平坦的空间中从它们开始的地方出现，从而形成一个圆圈
这意味着“真空能量”被修改并且可以是负的
这种负能量的存在可以支持一个稳定的虫洞的存在，这是一个时空点之间的桥梁，在有东西有机会穿过它之前不会坍塌
基于粒子物理标准模型中的物质，这样的虫洞是可能的
唯一的问题是这些虫洞的大小必须很小，而且只能存在很小的距离
对于人类旅行来说，虫洞必须很大，这需要标准模型之外的物理学
对马尔达切纳和米莱欣来说，这就是兰德尔-桑德鲁姆二型模型(也就是五维扭曲几何理论)发挥作用的地方
该模型以理论物理学家丽莎·蓝道尔和拉曼·桑德鲁姆的名字命名，用五维空间描述宇宙，最初是为了解决粒子物理学中的层次问题而提出的
“兰德尔-桑德罗姆二号模型是基于这样一种认识，即这个五维时空也可以描述比我们通常探索的能量更低的物理，但它会逃脱探测，因为它只通过重力与我们的物质耦合
事实上，它的物理学类似于在已知的物理学中加入许多强相互作用的无质量场
由于这个原因，它可以产生所需的负能量
" 从外部来看，马尔达切纳和米莱欣得出结论，这些虫洞类似于中等大小的带电黑洞，会产生类似的强大潮汐力，这是航天器需要警惕的
他们声称，要做到这一点，潜在的旅行者在通过虫洞中心时需要非常大的助推系数
假设这是可能的，问题是这些虫洞是否可以作为时空两点之间的捷径
如前所述，哈佛大学的丹尼尔·贾法里斯之前的研究(也考虑了爱因斯坦和纳森·罗森的工作)表明，尽管可能，稳定的虫洞实际上比正常空间需要更长的时间来穿越
然而，根据马尔达切纳和米利钦的工作，从旅行者的角度来看，他们的虫洞几乎不需要花费时间
从局外人的角度来看，旅行时间会长得多，这与广义相对论一致——在广义相对论中，以接近光速的速度旅行的人会经历时间膨胀(即
e
，时间变慢)
正如马尔达切纳和米利钦所说: “]对于穿过虫洞的宇航员来说，他们只需要一秒钟的时间就可以走完10，000光年的距离(大约50000亿英里，相当于银河系的1/10)
一个不穿过虫洞并呆在外面的观察者看到它们花了一万多年
所有这些都不需要燃料，因为重力会加速和减速飞船
" 另一个好处是穿越这些虫洞可以在不使用燃料的情况下完成，因为虫洞本身的重力会加速和减速飞船
在太空探索场景中，飞行员需要通过虫洞的潮汐力来定位他们的飞船，然后让大自然完成剩下的工作
一秒钟后，它们会出现在银河系的另一边
虽然对于那些认为虫洞有朝一日可能成为太空旅行的一种手段的人来说，这听起来可能是令人鼓舞的，但马尔达切纳和米莱欣的工作也存在一些显著的缺点
首先，他们强调可穿越的虫洞必须用负质量来设计，因为自然形成不存在合理的机制
虽然这是可能的(至少在理论上是这样)，但必要的时空配置需要事先准备好
即便如此，所涉及的质量和尺寸是如此之大，以至于这项任务将超出我们所能预见的任何实用技术
其次，这些虫洞只有在空间寒冷平坦的情况下才是安全的，兰德尔·桑德鲁姆二世模型除外
最重要的是，任何进入虫洞的物体都将被加速，甚至普遍宇宙背景辐射的存在也将是一个重大的危险
然而，马尔达切纳和米莱金强调，他们的研究是为了表明可穿越的虫洞可以作为“广义相对论和量子物理之间相互作用的结果”而存在
" 简而言之，虫洞不太可能成为穿越太空的实用方式——至少，以任何可预见的方式
也许他们不会超越卡达舍夫二型或三型文明，但这只是猜测
即便如此，知道科幻小说中的一个主要元素并没有超出可能性的范围无疑是令人鼓舞的
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