新浪科技訊 北京時間11月17日消息，在一項新研究中，科學(xué)家提出的新理論反駁了先前關(guān)于蟲洞會迅速崩塌的預(yù)測。這個大膽的新理論認為，蟲洞——或者說黑洞之間的通道——最終有可能是穩(wěn)定的。
蟲洞又稱愛因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄通道。先前的理論預(yù)測，這些假想的時空“捷徑”是轉(zhuǎn)瞬即逝的，會迅速坍塌。在新研究中之所以出現(xiàn)如此截然不同的結(jié)局，要歸結(jié)于用來描述蟲洞的相對論數(shù)學(xué)的微小差異，最終戲劇性地改變了我們對蟲洞的整體認識。
一切與度規(guī)有關(guān)
首先，讓我們來了解一些關(guān)于廣義相對論如何發(fā)揮作用的背景知識。相對論就像一臺機器。當你把某些物體——比如一組混亂或規(guī)則分布的粒子——放進去時，機器就會顯示出這些物體在引力作用下的變化。廣義相對論中的一切都是以空間和時間的運動為基礎(chǔ)的：物體從特定的物理坐標開始，四處移動，最后到達其他坐標。
盡管廣義相對論的規(guī)則是固定的，但該理論本身提供了很大的自由度，讓我們能用數(shù)學(xué)方法描述這些坐標。物理學(xué)家稱這些不同的描述為“度規(guī)”（metrics）。你可以將度規(guī)想象成描述去某個地方赴宴的不同方法，可能是根據(jù)街道方向，或基于衛(wèi)星的經(jīng)緯度，或是寫在餐巾紙上的地標。在每種情況下，你的度規(guī)都是不同的，但無論你選擇哪一種度規(guī)，你最終都會飽餐一頓。
同樣，物理學(xué)家可以用不同的度規(guī)來描述相同的情況，有時一種度規(guī)比另一種更加實用——類似于你出發(fā)時先確定街道方向，再切換到餐巾紙，以再次檢查你是否到達正確的地標。
擴展的黑洞
當我們談到黑洞和蟲洞時，就會涉及一些潛在的度規(guī)。最廣為人知的是史瓦西度規(guī)，這是第一個可以用來表征黑洞的廣義相對論精確解（即史瓦西黑洞）。然而，史瓦西度規(guī)包含一些古怪的數(shù)學(xué)函數(shù)，在與黑洞相距一定距離，即我們今天所知的史瓦西半徑或事件視界時，它就不那么好用了。
這里的“不那么好用”，指的是史瓦西度規(guī)完全崩潰了，它不再能區(qū)分空間和時間上的不同點。不過，我們還有另一個度規(guī)，稱為愛丁頓-芬克斯坦度規(guī)，描述了粒子到達事件視界時發(fā)生的事情：它們直接穿過并墜入黑洞，從此便消失不見。那么，這一切與蟲洞有什么關(guān)系呢？構(gòu)建蟲洞最簡單的方法是“擴展”黑洞的鏡像概念，即白洞。這個想法最初是由阿爾伯特·愛因斯坦和內(nèi)森·羅森提出的，因此蟲洞有時被稱為“愛因斯坦-羅森橋”。黑洞不會讓任何東西出來，而白洞則不會讓任何東西進去。要制造一個蟲洞，你只需要一個黑洞和一個白洞，將它們的奇點（位于中心處具有無限大密度的點）結(jié)合起來。于是，一個穿越時空的隧道就創(chuàng)造了出來。
然而，這條隧道似乎完全“走不通”。
狹窄的路徑
如果存在一個理論上的蟲洞，那我們完全有理由去問，穿過這個蟲洞時會發(fā)生什么？這時廣義相對論就要發(fā)揮作用了：在這種（非常有趣的）情況下，粒子是如何運動的？答案可能會令人不寒而栗。白洞本身是不穩(wěn)定的（甚至可能根本就不存在），蟲洞內(nèi)部的極端力量會迫使蟲洞本身伸展并斷裂，就像橡皮筋一樣。如果你想把什么東西送進蟲洞的話，那只能祝你好運了。
不過，愛因斯坦和羅森是用史瓦西度規(guī)構(gòu)建了蟲洞，而大多數(shù)蟲洞分析都使用這一度規(guī)。因此，法國里昂高等師范學(xué)校的物理學(xué)家帕斯卡爾·科伊蘭決定嘗試其他方法，他改用了愛丁頓-芬克斯坦度規(guī)。今年10月，他在發(fā)表于預(yù)印本數(shù)據(jù)庫arXiv的論文中對此進行了描述，該論文預(yù)計將刊登在近期出版的《現(xiàn)代物理學(xué)雜志D》（Journal of Modern Physics D）。
科伊蘭發(fā)現(xiàn)，通過使用愛丁頓-芬克斯坦度規(guī)，他可以更容易地追蹤粒子通過假想蟲洞的路徑。粒子可以在有限的時間內(nèi)穿過事件視界，進入蟲洞隧道，再從另一端逃逸。在粒子軌跡上的任何一點，愛丁頓-芬克爾斯坦度規(guī)都沒有失靈。
這是否意味著愛因斯坦-羅森橋是穩(wěn)定的？不完全是。廣義相對論只告訴我們引力的行為，而沒有描述其他自然力的行為。例如，熱力學(xué)理論（熱與能量之間如何相互作用）就告訴我們，白洞是不穩(wěn)定的。如果物理學(xué)家試圖用真實物質(zhì)在真實宇宙中制造一個黑洞和白洞的結(jié)合，從其他數(shù)學(xué)方法可知，這種結(jié)合的能量密度會使一切分崩離析。
當然，科伊蘭的研究結(jié)果仍然很有趣，因為他指出蟲洞并不像原先理論預(yù)測的那樣危險，而且在廣義相對論的框架下，完全可能存在通過蟲洞隧道的穩(wěn)定路徑。
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