虫洞是什么？虫洞是谁提出来的？什么是爱因斯坦的虫洞？

“人类诞生在地球上。这从不意味着要灭亡于此。”

在很久的未来，农作物无法种植使得地球不再适宜居住。而人类将不得不穿越星际，去深空之中寻找新的家园。

上面所说的是2014年的科幻电影《星际穿越》所讲述的故事。不过在现实中，离开太阳系进入星际空间其实非常困难。举例来说，太空探测器旅行者1号在1977年升空，到现在它才抵达太阳系的边缘。

那么有没有便捷途径呢？爱因斯坦的广义相对论给了我们希望，其理论所预言的虫洞就是通往星际空间的便捷通道，而该片中的宇航员就是利用虫洞来实现星际穿越的。

广义相对论是爱因斯坦研究时空与引力关系的理论，它革新了牛顿时代的静止时空观，认为时间和空间并不是静止不变的，而是可以变化和弯曲的。令爱因斯坦没想到的，相对论不仅引起了我们时空观的一场革命，而且预言了宇宙中一系列奇异事件或现象——宇宙大爆炸、时间旅行、暗能量、以及黑洞和虫洞。我们可以说，这些新发现是属于广义相对论的，属于爱因斯坦的。

虫洞究竟是什么样子？

1935年,爱因斯坦与他的好友、美籍以色列裔物理学家纳森·罗森，在研究引力场方程时发现，对于弯曲时空来说，在理论上可以有一个连接宇宙中两个遥远地点的捷径。这就像一座山的两端可以通过隧道进行连接一样。

但宇宙中的虫洞可不像山底的隧道那么容易开凿，自从虫洞这个概念提出几十年来，顶尖的理论物理学家们对其的探讨仍然是纸上谈兵阶段，不像宇宙大爆炸、黑洞这样的现象已经被观测所证实。不过，随着思考的日益深入，关于虫洞的细节逐渐丰富起来。

假设宇宙中有一个虫洞，它会是什么样子呢？其实非常简单。它有两个洞口，例如有一个在地球附近，另一个在约26光年远的织女星附近。两个洞口通过在高维空间中延伸的隧道相连。这个隧道可以非常短，例如只有1千米，所以如果我们通过虫洞从地球抵达织女星，我们就可把路途从26光年缩减为1千米。所以说，虫洞可以成为宇宙中的快捷通道。

具体的模样如下图所示。注意这里是把我们的宇宙空间画成了二维而不是三维。这种把三维镶嵌到二维上的图示被物理学家称为镶嵌图。我们并不太清楚现实中宇宙是否会像图中那样弯曲，不过只有这样虫洞才可能缩短旅途的距离。

虽然虫洞可以缩短旅途的距离，但并不是超越了光速。例如，你通过虫洞从地球抵达织女星，很显然比穿过虫洞外的时空抵达的光线还要快，但是你在穿越虫洞时相对虫洞的速度是不能超过光速的。

另外，虫洞并不总是缩短时空的距离，有时洞内的路程会大于洞外的路程。如下图。

在现实的三维空间中，虫洞看起来并不像一个隧道或一座桥，因为你只能看到它的洞口，而它的隧道是在四维空间里延伸，你无法直接看到隧道的模样。其中，洞口看起来像一个巨大的玻璃球，如下图：

在上面图中，你可以很明显地看到洞口的边界（箭头所示）。注意这里的任何光都不是来自虫洞本身。其中，边界外的边缘扭曲的图像是虫洞的洞口扭曲了周边星系传播过来的光线。这种现象被称为引力透镜。边界内则是洞口另一端的宇宙传播过来的扭曲图像。

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