虫洞也是根据广义相对论提出的一种神奇的模型,不过同上题的白洞一样,目前没有天文观测证据支撑。很多人觉得我们可以通过虫洞实现时间旅行,但这种想法可能有些简陋。
我们回顾一下上题中的史瓦西时空最大延拓图,现在我们取T=0时,画出它的嵌入图,应该长下面这个样子:这张图片大家应该比较熟悉,大家在相对论的科普中应该见过不少。这种图被称作嵌入图,是我们在三维欧氏空间中用图像表示四维时空的一种手段,上文提到,我们冻结了时间,其实我们还压缩了一个空间维度,这张图上每一个圆环实际上都是一个球面,四维时空在这张图上便只剩下两个维度,所以,在这张图上只有面上的点才有意义,面外的点并不存在,我们只是将其画在一个三维欧氏空间而已。
这就是史瓦西时空最大延拓在T=0时的嵌入图,嵌入图上半部分为X轴正半轴,下半部分为X轴负半轴,因此连接处r=2M,我们称之为喉。不难发现,如果我们在上边选定一个圆环(实际上是个球面),则下边必有一个r相同的球面,二者之间的“线轴”就被称为虫洞,这两个球面就是虫洞的洞口。虫洞洞口的选取具有任意性。由上题我们知道,上下半区分别处于A区与A’区,在远处,即r很大的地方,时空是渐进平直的,同时这两个区域无因果关系。
所以我们可以做这样一个设想,有没有这样一种可能,这两个无因果关系时空在很远处是连接在一起的呢?
令人振奋的是,相对论不禁止这种情况发生,于是,我们有了下面的图:这就是史瓦西虫洞为我们提供的捷径。
但很不幸,史瓦西虫洞是不可穿越的。
还是要看史瓦西时空的最大延拓,我们这里的延拓并非静态的,其中B区和W区是动态的,所以,史瓦西虫洞并不是一直张开的,按时间顺序来看,虫洞先是完全不张开,这时进入洞口会直接坠入奇点,后来张开,并在T=0时张开至最大,而后又逐渐变小,最终完全关闭。更沮丧的是,我们永远无法在虫洞张开的时间内穿越虫洞,因为从A区出发的任一类时曲线都只能进入B区,永远无法进入A’区。
可如果我就是想要能穿越的虫洞呢,那我们就必须要放弃真空条件了,甚至我们需要奇异物质来撑开虫洞,而奇异物质是不被经典物理允许的,但根据量子场论,适当弯曲时空区域中被扭曲的真空涨落或许正是这种奇异物质,不过这些想法尚没有肯定的结论。