可通过的洛伦兹虫洞，希望虽然渺茫，但是有可能存在

昨天，老郭在文章《回到过去和奔赴未来竟然真有可能，虫洞就是时间机器》里面跟各位小伙伴介绍了广义相对论宇宙学在理论上预言了虫洞的存在，这种连接两个遥远时空的空间隧道的特殊空间结构，就像是大海里面的漩涡，是无处不在但转瞬即逝的。这些时空漩涡是由星体旋转和引力作用共同造成的。就像漩涡能够让局部水面跟水底离得更近一样，能够让两个相对距离很远的局部空间瞬间离得很近。这些连接着宇宙遥远区域间的时空细管即可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性，也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道（灰道）。

爱因斯坦-罗申桥

不过，我们在网上能搜索到的虫洞（时空洞）多数都是介绍爱因斯坦-罗申桥（蛀孔）这种类型的。由于这种类型的虫洞是基于史瓦西时空推论出来的，里面包含着小伙伴们耳熟能详的史瓦西半径，也就是视界的存在，因此，要想穿过这样的虫洞就需要超光速。由于相对论告诉我们，任何有静止质量的物体是不可能达到甚至是超光速的，所以想利用这种虫洞实现穿越是不可能的。所以，这种虫洞不是老郭本文要讨论的内容，我们今天要讨论的是有可能让我们通过的洛伦兹虫洞。（注：爱因斯坦-罗申桥也是洛伦兹虫洞当中的一种。）

洛伦兹虫洞的一种

穿越时空这种事情想起来都是令人兴奋的。最早是在1898年，英国的一个作家就写了一本叫做《时间机器》的小说，描写了回到过去的旅行。90年以后，一个名叫索恩的物理学家在1988年，受到天文学家萨根写的一本科幻小说《接触》的中描述的利用黑洞穿越时空隧道启发，开始带着他的学生们研究这种时空隧道存在的可能性问题。

星际飞船进入洛伦兹虫洞想象图

他们的研究发现，在某些特定的条件下，有可能存在着一种可穿越的时空隧道，这种时空隧道就是可穿越的洛伦兹虫洞。他们把研究论文发表在《美国物理学杂志》上。本来这本杂志只是一本写给中学生的科普杂志，不是什么物理学的专业刊物。但谁也没想到，这篇论文在世界上引起了巨大的反响，一举让这本杂志成为世界知名杂志。

在他们的论文中给出了可通过的洛伦兹虫洞的几个条件：1、虫洞内不存在视界；2、虫洞的潮汐引力应该足够小，或者说是潮汐力要小于人体能够承受的引力加速度的量级。现在看，宇航员能承受的极限大概是9个g；3、必须高速通过虫洞，时间要足够短；4、在经典微扰下，虫洞是稳定的。

连接同一个宇宙的可通过洛伦兹虫洞想象图

索恩跟他的学生们研究的主要是一般的静态的球对称虫洞。按照伯克霍夫定律我们可以知道：静态球对称真空只能是史瓦西真空，或者说这种虫洞只能是史瓦西虫洞，因此，要想这种虫洞不是史瓦西虫洞，唯一条件就是这种虫洞不能是真空的。

我们根据爱因斯坦场方程、在没有事件视界的前提下，虫洞的喉部必须存在违背弱能量条件的物质，ρ＜０的物质，即密度为负的物质，或者是存在违背平均弱能量条件的物质，也就是说平均能量密度为负的物质。然而，在我们这个宇宙里面，我们接触到的东西里面有密度是负数的物质吗？您还别说，实验证明，这种物质是真实存在的。荷兰物理学家卡西米尔给我们带来了希望。

卡西米尔实验

1948年，卡西米尔从理论上给出狄拉克真空涨落（真空能量以粒子形态出现，并不断以微小的规模形成与消失。）的理论解释并针对这种解释提出一项检测真空中存在虚粒子能量的方案。在正常情况中。真空中充满着几乎各种波长粒子，但卡西米尔指出，假如使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起，较长的波长就被排除出去。接着，金属盘外的其他波就会产生一种往往使其相互聚拢的力，金属盘越靠近，两者之间吸引力就越强，这种现象就是所谓的卡西米尔效应。

卡西米尔效应

1996年，物理学家首次对它进行测定，实际测量结果和理论计算结果十分吻合。当金属板相距1米时，金属板间的负能量密度仅为10的负44千克每立方米，即在10亿亿立方米的空间中有相当于一个基本粒子质量的负能量。

这通过对卡西米尔效应的研究，科学家发现，要想撑开一个半径为1厘米的虫洞，需要相当于一个地球质量的异常物质，撑开一个半径为1公里的虫洞，需要一个太阳质量的异常物质... ...咳咳！！！，好像弄到这么多异常物质有点难，制造可以作为星际航行的虫洞希望渺茫啊。

黑洞引力潮汐撕碎恒星想象图

另一个威胁人类穿越虫洞的潜在危险就是引力。因为在穿越虫洞的过程中，引力会产生非常巨大的张力，这种张力有可能足以达到把原子扯碎的程度。由于这种张力的来源是引力，所以符合平方反比定律，也就是说，张力与虫洞半径的平方成反比。

按照这个去计算的话可以发现，当虫洞半径小于一光年的时候产生的张力比原子不被破坏的最大张力还要大，所以，能被利用当做穿越时空隧道使用的虫洞，必然需要其半径大于1光年，按照前面我们计算的异常物质的需要量的，这时候需要有超过整个银河系所有发光物质质量的100倍的异常物质。

所以，现在制造一个可穿越的洛伦兹虫洞的一个最大难题出现了，到哪去找那么多的异常物质？

今天关于可穿越的洛伦兹虫洞的话题就讲到这里，我们明天继续事件机器的话题。我是郭哥论道，一个致力于科普相对论、量子力学、计算机、数学，让深奥的科学理论通俗易懂起来、让科学更有趣、更有料的科普搬运工。耐心看完的小伙伴，留个言、点个赞加个关注再走呗。