在科幻電影中，總少不了通過蟲洞實現(xiàn)時空穿越的橋段。

自蟲洞的概念誕生以來，科學(xué)家們一直在討論利用其實現(xiàn)時空穿越的可能性。但發(fā)現(xiàn)蟲洞，甚至構(gòu)建或穿越蟲洞，一直是物理學(xué)研究前沿最熱也是最難解的“懸案”。

3月30日，科技日報記者了解到，國際知名期刊《歐洲物理雜志C輯》日前以封面文章的形式介紹了揚(yáng)州大學(xué)引力與宇宙學(xué)研究中心戴德昌教授團(tuán)隊完成的最新研究成果。值得關(guān)注的是，這項研究成果首次跳出傳統(tǒng)蟲洞研究方法，從“膜宇宙”的角度探討構(gòu)建“類蟲洞”的可能性及方法。

迄今為止沒有人發(fā)現(xiàn)蟲洞

什么是蟲洞?“很多人對蟲洞的理解，停留在科幻作品中的時空通道。”戴德昌說，但在科學(xué)家看來，蟲洞卻是一個經(jīng)過嚴(yán)格數(shù)學(xué)推理的物理模型。

戴德昌介紹，1916年，德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西通過計算得到第一個“黑洞解”，即如果質(zhì)量過度集中于空間中，其周圍會形成一個連光都無法脫離的區(qū)域。

“這個區(qū)域的邊界稱為視界面。在視界面內(nèi)的事物都會‘陷入’黑洞中無法掙脫。”戴德昌說。

1935年愛因斯坦和內(nèi)森·羅森對史瓦西的黑洞解做了一個線性代換，形成一個新的度規(guī)(規(guī)定變量值或點(diǎn)的位置的一種方法)。

這個新的度規(guī)顯示當(dāng)物質(zhì)經(jīng)過“黑洞視界”(即視界面)后，會進(jìn)入另一個世界。

根據(jù)這個解，愛因斯坦預(yù)言，宇宙中存在一種連接著不同時空的特殊通道即蟲洞，人們可以通過穿越這種通道的方式減少宇宙旅行的時間和距離。

“雖然愛因斯坦的廣義相對論從數(shù)學(xué)上預(yù)測了蟲洞的存在，但迄今為止還沒有人發(fā)現(xiàn)它。”戴德昌說。

從觀測恒星的運(yùn)動偏差入手

2016年，美國激光干涉引力波天文臺捕捉到兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波時，發(fā)現(xiàn)這個引力波有回聲，于是有人猜測，這個回聲是經(jīng)由蟲洞傳到對邊，又返回來形成的。

受此啟發(fā)，戴德昌團(tuán)隊開始研究引力波或電磁波穿越蟲洞引起另一側(cè)擾動的可能性。團(tuán)隊認(rèn)為，在蟲洞對面的東西會影響我們自身宇宙的引力或重力加速度，所以研究大質(zhì)量星體(或黑洞)附近的

恒星運(yùn)動，就可以確定其有沒有受到來自其他世界或物質(zhì)的影響。如果恒星的運(yùn)動速度偏離現(xiàn)有理論預(yù)言，就表示有可能存在未知的物質(zhì)或蟲洞。

經(jīng)過慎重的計算與篩選，團(tuán)隊選擇位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A星(位于銀河系銀心的一個非常光亮及致密的射電波源，很可能是離地球最近的超大質(zhì)量黑洞所在處)附近的恒星S2進(jìn)行觀測，力圖捕捉到蟲洞蹤影。

“觀測數(shù)據(jù)雖仍在進(jìn)行中，目前尚不能完全證明蟲洞的存在，但我們已經(jīng)形成了系列間接成果。”戴德昌說。

2019年，戴德昌團(tuán)隊在國際知名雜志《物理評論D輯》上發(fā)表文章，團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)蟲洞所連接的宇宙可以和我們宇宙里面的物質(zhì)產(chǎn)生交互作用。

該項研究成果得到諾貝爾獎得主美國加州理工大學(xué)教授基普索恩極高評價，美國《紐約時報》以“如何穿越蟲洞”為題對該項研究成果進(jìn)行了大幅報道。

“類蟲洞”尚不能保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

如何穿越蟲洞?“近100年來，蟲洞以其獨(dú)特的魅力吸引著無數(shù)科學(xué)家投身到穿越時空的探索中。”戴德昌說，雖然深空探測的技術(shù)一直在升級迭代，相關(guān)理論也在不斷求新求變。但穿越蟲洞一直是一個遙不可及的夢想。

“雖然人們很早就從理論上證明了蟲洞的存在，但當(dāng)前主流的理論卻認(rèn)為蟲洞無法用作星際穿越。”揚(yáng)州大學(xué)引力與宇宙學(xué)研究中心教授王元君說。

王元君介紹，在廣義相對論中，蟲洞極度彎曲，無法穩(wěn)定存在，需要負(fù)能量支撐。而根據(jù)目前的理論，在宏觀尺度上是無法制造出負(fù)能量的。

另外，理論認(rèn)為真空量子擾動可能會提供局部負(fù)能量，進(jìn)而形成微觀蟲洞，但是其相關(guān)機(jī)理和形成機(jī)制，目前還無法應(yīng)用到宏觀領(lǐng)域。

但令人驚喜的是，戴德昌團(tuán)隊的最新研究為探尋蟲洞帶來了新的轉(zhuǎn)機(jī)。“我們團(tuán)隊首次在‘膜宇宙’模型的基礎(chǔ)上研究蟲洞結(jié)構(gòu)生成機(jī)制。”戴德昌說，所謂“膜宇宙”指的是科學(xué)家們認(rèn)為我們的宇宙是在更高維時空中的一片膜。

“兩張膜上物質(zhì)間的引力作用可以抵抗膜的張力，并造成膜變形，最后兩個物質(zhì)可能會吸附在一起，并把膜連結(jié)在一起。”戴德昌說。

“如果膜沒有反彈回去，就會形成一個新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。”戴德昌說，“這樣的效應(yīng)很像蟲洞。因此我們稱之為‘類蟲洞’結(jié)構(gòu)。”

為了驗證這種“腦洞大開”的想法，團(tuán)隊展開了大量理論計算探究“類蟲洞”的形成條件。

戴德昌介紹，他們團(tuán)隊選擇兩個與太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)奈矬w，計算了兩個膜(平行宇宙)之間合理的張力值和距離大小。研究發(fā)現(xiàn)，兩個宇宙形成“類蟲洞”的條件，取決于膜的張力條件。極端條件下，如果張力為零，任何兩個質(zhì)量不為零的物體間都可能形成“類蟲洞”結(jié)構(gòu)。

他們的研究還發(fā)現(xiàn)，在一定的膜張力下形成“類蟲洞”，如果這兩個大質(zhì)量物體是黑洞的話，那么它們之間即便形成蟲洞也無法通過，因為物質(zhì)無法穿過黑洞視界。但如果兩個大質(zhì)量物體是中子星或者其他不存在視界面的物體，那么理論上它們之間形成的蟲洞是可通過的。因而，戴德昌團(tuán)隊首次從物理學(xué)角度證明了宏觀領(lǐng)域穿越蟲洞的可能性。此外，團(tuán)隊還采用膜的張力來替代負(fù)能量所扮演的角色。

“在我們團(tuán)隊的設(shè)想中是不需要額外的負(fù)能量來制造蟲洞的。這為構(gòu)建蟲洞提供了一個全新的思路。但目前還不能保證這種‘類蟲洞’結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。”戴德昌說。

戴德昌最后介紹，為了驗證這個想法，我們?nèi)孕枰獙@類“類蟲洞”穩(wěn)定性進(jìn)行全面分析，這也是團(tuán)隊未來進(jìn)一步重點(diǎn)研究的方向。(過國忠張 運(yùn) 薦小純)