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爱因斯坦提出相对论,至今已过去了一百多年,这套理论深刻的改变了物理学基础,同时也深刻影响了大众生活。现如今耳熟能详的“光速”、“时空”、“黑洞”、“穿越”等名词,都是受相对论的影响而被大众所熟悉的,今天我们就来谈谈将以上几个名词糅合到一起的“虫洞”,是否科幻作品的穿越真的可以在虫洞中实现呢?

“虫洞”这一名词最早是由物理学家惠勒所命名的,它代表着时空间的连接通道,比如一个宇宙中的不同位置的相互连接,甚至是多个宇宙之间的连接(虽然多重宇宙这一概念并没有被证实,但理论上也并没有否认它的存在,就好像虫洞本身一样,我们至今都没有在宇宙间探测到一个虫洞,但虫洞的概念却早已家喻户晓)。

如果上段所述还不是能够很直观的说明虫洞,那么我们换个说法,想象一个苹果,假如一个微小的生物生活在苹果表面,这个小生物和苹果之间的关系就像我们和宇宙一般,某天这个小生物想要从苹果表面上的一点前往另一面上的一点,很显然,两点之间的路径存在无数条,但无数条路径显然不是小生物想要的答案,那么这个小生物该如何选取一条最优路径呢?

首先,最优路径实际上就是指最短路径,那么这条最短路径该如何选取呢?

何为虫洞?能让我们穿越时空吗?

说到这,可能很多人会想起那么一条定理,叫做“两点之间直线最短”,然而此时我们发现,小生物所在表面并不是平直的,而是一个弯曲的,那么对于这个最短路径到底该如何确定呢?

为了方便解释,我们假设这个苹果是一个标准的球体,于是这个问题就可以近似的看做飞机从中国出发,横跨太平洋抵达美国,该如何选择路线呢。实际上这个问题早在几何学当中就得到了解决,如果我们将平面上的两点之间直线最短搬到一个球面上,那么球面上两点间的最短路径就是以球心、球面上两点,这三点作一个圆,两点间的圆弧段就是最短路径,我们也可以称之为测地线

刚才的讨论我们解决了如何找最短路径的问题,但换个角度考虑,这些解决办法都是建立在常规思路上的,我们能否想出一种类似于亚历山大剑砍绳结式的办法呢?

这样一思考,办法就来了,如果我们能够突破苹果表面这个束缚,直接在两点间建立一个欧几里得式的直线不就行了吗?比方说,我们先确定好两点在苹果表面上的位置,然后用一根筷子从一点进入,穿过苹果内部,从另一点出来,建造出一个隧道,这样一来小生物就能够在最短时间内从一点抵达另一点了,那么这个隧道我们就给它起个名字,叫做“虫洞”。

何为虫洞?能让我们穿越时空吗?

如果将刚才例子进行升级,应用于咱们的宇宙,在不同时空点之间建立一个虫洞,那么我们将会得到时空位移的最优路径。

这里还有一点需要注意,小生物和苹果的例子突出的是虫洞对于空间位移的优越性,但实际上我们一直用的是“时空”这一名词去讲解的虫洞,而时空是时间和空间的集合,也就是说理论上除了空间位移之外,我们还能进行时间上的“位移”,也就是所谓的回到过去或者前往未来。这些在接下来的文章中会进行介绍。

何为虫洞?能让我们穿越时空吗?

原则上,只要我们抛弃或者忽视一些前提条件,利用相对论我们可以发现一些特殊的虫洞甚至是黑洞,都可以进行时空穿越。但在具体讲述这些之前,我们有必要先对穿越时空这个概念进行一个梳理,或者说是进行一个辟谣,毕竟很多人对于穿越时空的理解是来自科幻作品,然而科幻并不是科学。

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