一个超越标准模型的理论，使穿越虫洞成为可能
在标准模型可以产生虫洞以外的一个理论是事实上你可以穿越虫洞 ， 这在科幻小说中是很流行的写法 ， 太空飞船可以通过这些方法达到比光速更快的航行并且瞬间从时空的一点到另外一点 。 与此同时尽管广义相对论不承认可穿越虫洞的存在 ， 但最近的研究表明它们事实上可能就存在于量子物理的范畴之内 。
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唯一的不足是比起穿越标准太空/或更微小的太空实际上它们需要耗费更多的时间去穿越虫洞 ， 在一个由一众常春藤联盟的科学家指导的研究中显示 ， 存在于标准模型之外的物理意味着这里有虫洞 ， 这些虫洞不仅足够大的可以被穿越 ， 而且对于想要从A点到达B点的人类宇航员来说也完全安全 。
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这个研究 ， 由胡安·马尔达西那（来自于高等研究院研究理论物理学的CarlP.Feinberg讲席教授）和艾利克斯·麦肯宁 ， 一名学习天体物理学 ， 毕业于美国普林斯顿大学的毕业生共同指导 ， 名为“人类可穿越的虫洞” 。 在过去两人已经全面的以虫洞为研究对象 ， 发表了虫洞如何成为太空穿梭的安全途径的文章 。
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这个关于虫洞的理论萌芽于20世纪早期为了响应爱因斯坦的广义相对论 ， 第一个假定它们存在的是卡尔·史瓦西 ， 一个德国的物理学家和天文学家 ， 他对于爱因斯坦的场方程（史瓦西度量）的解法成了存在黑洞的第一理论支撑 。
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史瓦西度量的一个结果被他称为“永恒黑洞” ， 这些永恒黑洞本质上是时空里不同点的联系 。 但是 ， 这些史瓦西虫洞（爱因斯坦罗森桥梁）不是很稳定 ， 因此它们可能坍塌的太快以至于任何事物都来不及从一端穿越至另一端 。
正如马尔达西那和麦肯宁通过邮件向今日宇宙解释的那样 ， 可穿越的虫洞需要特殊条件才能够存在 ， 这包括负能量的存在 ， 这在经典物理中是不被允许的—但在量子物理范畴内是可能的 。 关于这个的一个好的例子 ， 他们说 ， 是卡西米尔效应 ， 在卡西米尔效应中 ， 量子领域产生负能量同时沿着一个闭环进行传播 。
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"不管如何 ， 这个效应通常很小 ， 因为它是一个量子 。 在我们先前发表的论文[“在四个维度中可穿越的虫洞”]中 ， 我们意识到这个效应对于带有大磁荷的黑洞可以变得很大 。 新的想法是使用特殊性能的带电且无质量的费米子（类似于电子的微粒但是没有质量） 。 对于一个有磁力的带电黑洞来说这些沿着磁场的穿越就会排成线 。 （用一个类似于太阳风的带电微粒是怎样在地球的极区附近创造极光的方法 。 ）
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事实上 ， 这些粒子可以通过进入一个点并从它们开始的地方出现 ， 以在周围的平坦空间中穿梭成一个环形 。 这意味着 ， “真空能量”被修改了 ， 且可以为负值 。 这种负能量的存在 ， 能够为稳定的虫洞的存在提供支持 ， 时空点之间的桥梁 ， 在有东西有机会穿越它之前 ， 并不会坍塌 。 这种（稳定的）虫洞在基于某种物质的情况下是可行的 ， 而这种物质则是标准粒子物理学模型的一部分 。 唯一的问题是 ， 这些虫洞将只能是微观的 ， 并且只能存在于很短的距离之中 。 就可供人类穿越而言 ， 虫洞必须足够大 ， 而它要求应用的物理学模型就要是标准模型以外的 。
对于（做这项研究的）Maldacena（高级研究学院理论物理学教授）与Milekhin（普林斯顿大学天体物理学毕业生）来说 ， 模型Randall-SundrumII（又名五维扭曲几何理论）成为功劳之臣 。 这个以理论物理学家LisaRandall和RamanSundrum命名的模型从五个维度对宇宙进行描绘 ， 并且以解决粒子物理学中的层次问题为初衷而提出 。
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【一个超越标准模型的理论，使穿越虫洞成为可能】“这个五维时空同样可以描绘比我们通常探索的更低能量的物理 ， 但是由于它仅仅通过重力与我们的物质耦合 ， 所以能够逃脱（我们的）探测 ， 模型Randall-SundromII便是基于这样的认识 。 其实 ， 它的物理性质类似于在已知的物理中添加许多有强相互作用的无质量场 。 因此 ， 它会产生所需的负能量 。
通过外部观察 ， Maldacena和Milekhin得出结论 ， 这些虫洞类似中等大小的、带磁荷的黑洞 ， 可以产生同样强大的潮汐力 ， 航天飞行器需要对此加以警惕 。 他们认为 ， 要做到这一点 ， 一个可能的星际旅行者需要依靠非常强大的提升因子来通过虫洞的中心 。
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如果上述可以实现 ， 那么将只剩下一个问题：这些虫洞是否能成为穿越两个时空点的捷径呢？如前所述 ， 哈佛大学（HarvardUniversity）的DanielJafferis先前的研究（该研究也考虑了爱因斯坦和内森·罗森的工作）表明 ， 虽然可能 ， 但稳定的虫洞实际上比正常空间需要更长的时间才能穿过 。
然而 ， 基于根据Maldacena和Milekhin的研究 ， 站在星际旅行者的角度来看 ， 穿越虫洞几乎是不花费时间的 。 （但是）从旁观者的角度出发 ， 根据广义相对论 ， 穿越虫洞的时间则会长很多 。 在广义相对论中 ， 接近光速行驶的星际旅行者会经历时间膨胀（也就是时间变慢） 。 正如Maldacena和Milekhin所说：“对于穿过虫洞的宇航员来说 ， 他们只需花1秒钟的时间就可以到达10000光年的距离（大约5000亿英里或银河系大小的1/10） ， 如果一个观察者不穿过虫洞而呆在外面 ， 他会看到他们花了一万多年的时间 。 所有这些都不需要燃料 ， 因为重力使飞船加速和减速 。 ”
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图为一艘宇宙飞船穿越虫洞前往遥远星系 。 图源美国国家航空和宇宙航行局
另一个好处是穿越这些虫洞可以不用燃料 ， 因为虫洞自身引力会使宇宙飞船加速和减速 。 在太空探索的过程中 ， 飞行员需要运用虫洞的潮汐力去让他们的飞船处于合适的位置 ， 剩下的工作就顺其自然了 。 一秒钟后 ， 他们就会出现在银河系的另一边了！
这对于那些认为虫洞有朝一日可能成为一种太空旅行的方法的人是一个好消息 ， 但马尔达西纳和米列欣的研究显示出了虫洞旅行的弊端 。 首先 ， 他们强调了因为自然中是没有合理的机制 ， 可穿越的虫洞必须使用负质量来设计 。
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虽然这是可能的(至少在理论上) ， 但仍然需要提前知道时空的结构 。 即便如此 ， 其中所涉及的质量和规模非常大 ， 以致于这项任务远超我们所能预见的任何实用技术 。 其次 ， 这些虫洞只有在寒冷且平坦的空间才安全 ， 而这并不符合兰道尔–桑壮第二模型 。
最重要的是 ， 任何进入虫洞的物体都会加速 ， 甚至无处不在的宇宙背景辐射也会带来巨大的危险 。 然而 ， 马尔达西纳和米列欣强调了他们的研究是为了证明可穿越虫洞的存在是“广义相对论和量子物理学之间微妙的相互作用”的结果 。
简而言之 ， 使用虫洞来实现太空旅行是不实际的——至少 ， 在任何可预见的方式下都是不可能的 。 或许这不会超过卡尔达舍夫二型或三型文明 ， 但这仅仅只是猜测 。 即便如此 ， 我们仍然鼓励大家去了解科幻作品中提出的一些概念 ， 这些概念并非是不可能的 。
作者：MATTWILLIAMS
FY：Astronomicalvolunteerteam
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