虫洞之谜——黑洞、虫洞、白洞的区别

虫洞不是黑洞

许多人都认为虫洞不过是另一种黑洞而已，但这种观点是错的。其中的一个区别是，黑洞都有一个事件视界(一种任何物质进去之后有去无回的边界)，而并不是每个虫洞都具有事件视界。有一些虫洞具有事件视界，但并不是像黑洞那样是因为存在一个密度无穷大的奇点，而是因为虫洞的隧道内引力引起的潮汐力过于强大。虫洞和黑洞另一个区别是，虫洞有两个洞口并通过一个隧道相连，而黑洞只有一个洞口，洞口的尽头是一个死胡同，任何物质掉进黑洞都会最终撞上内部的奇点。

不止一种虫洞

另外很重要的事实，是虫洞不只有一种。一种分类虫洞的方法是虫洞的隧道是否是基本稳定的，还是不稳定的(例如隧道不断地开启然后闭合)。第二种分类方式是，需要多少物质才能创造出生成虫洞的引力场，一种只需要行星质量的，而有一些需要好几倍恒星质量。另外，虫洞隧道的潮汐力的大小也是一种分类虫洞的办法。

接下来的我们来阐述两种虫洞。一种是史瓦西虫洞，它是一种不稳定的虫洞。另一种是稳定的虫洞，它允许物质穿过它，所以也可以说是一种可穿行的虫洞。

不同的时空与史瓦西虫洞

物理学家首先提出来的虫洞是史瓦西虫洞，它是广义相对论中爱因斯坦方程其中一个解的产物。

在研究爱因斯坦方程的过程中，物理学家发现除了时空中存在黑洞以外，还必须存在白洞。而白洞正好是黑洞的时间反演，里面的任何物质都会向外运动，穿过它的边界(也称为事件视界)之后就再也无法回到内部。除了黑洞和白洞这两个时空区域，还得有另外两个彼此完全隔离的时空区域，称为两个不同的“宇宙”。这两个宇宙与黑洞和白洞的关系如下:白洞中的任何粒子和信号都可以进人这两个宇宙，但都无法返回到白洞里;两个宇宙中的任何粒子和信号都可以进入黑洞，但都无法在从黑洞中逃离，只能撞上黑洞内的奇点上;两个宇宙彼此完全隔离，也就是它们之间没有任何信息可以交流。所有四个区域可以由下左的时空图来表示。

下面的时空图是在一种特殊坐标系下的时空图，图中的每一个点代表着一个二维球面。两条对角线代表事件视界，它们把时空分成了四个区域:I和IV分别代表两个彼此隔离的宇宙，II代表黑洞，III代表白洞。奇点出现在黑洞和白洞区域，以双曲线的形式表示。(你可能注意到了白洞内部也有个奇点，这个很好理解:许多物理学家认为宇宙大爆炸其实就是一个白洞，而奇点就是大爆炸之前的那个密度无穷大的点。)

在图中，我们会发现I和IV这两个的宇宙在中间点上是相连的，这个点其实就是史瓦西虫洞，可以把两个宇宙连接起来。事实上，它也把四个时空全部连接了起来。

这种虫洞就是爱因斯坦和他的同事纳森·罗森最早提出的，所以在当时他们把它称为爱因斯坦一罗森桥。它在镶嵌图中是下面右图的样子，其实可以说是一个黑洞的内部与一个白洞的内部相连所形成的时空结构。所以说，史瓦西虫洞应该是单向的，也就是说虫洞的一端任何物质只进不出，另一端只出不进。

这是一个不稳定的虫洞

那么，我们能否利用史瓦西虫洞，从我们的宇宙跑到另外一端的宇宙呢？可惜，这是不可能的。上世纪60年代，美国物理学家约翰·惠勒和他的同事发现，这种类型的虫洞是不稳定的，存在的瞬间转瞬即逝，

任何物质包括光都来不及从一个宇宙中穿过虫洞并抵达另一个宇宙。

下页图中表示了史瓦西虫洞的隧道的变化过程。形成前只是两个分离的黑洞和白洞，形成虫洞后瞬间又变成黑洞和白洞。在图中可以看出，任何尝试穿过虫洞的东西都不可能从另一端出来，它最终都会在虫洞关闭之后撞到奇点上。

史瓦西虫洞的一个洞口像黑洞，另一个的洞口像白洞。事实上，对于一个外面的观察者来说，虫洞的一个洞口与真正的黑洞看上去是一模一样的。也许宇宙中的那些黑洞内部会形成短暂的史瓦西虫洞。

现在让我们来想象一下如果你从洞口进人虫洞会是什么样子。开始进人洞口的过程与进人一个黑洞类似，当你穿过事件视界之后，如果你没有被潮汐力撕碎的话，你可以看到洞口的中间有扭曲的图像，这是从虫洞另一端发射过来的光线。下面的图则简要地表示了这种情况。

图中图像是虫洞这边的星空图，左边的是虫洞另一边的星空图。虽然你可以看见虫洞另一侧的景色，但很可惜你无法抵达那里。因为史瓦西虫洞是不稳定的，在你还没有反应过来的时候，虫洞就关闭了，你之后会撞倒在虫洞关闭后形成的奇点上。

史瓦西虫洞转瞬即逝，任何物质都无法穿过它。

那么有没有办法使得史瓦西虫洞稳定下来呢？美国物理学家基普·索恩找到了一种办法，尽管看上去不可思议。