青鈺饌，對于未來充滿希望。
精靈草，曰:“研究進(jìn)展。探索星空是人類一個恒久的夢想。在晴朗的夜晚，每當(dāng)我們仰起頭來，就會看到滿天的繁星。自古以來星空以它無與倫比的浩瀚、深邃、美麗及神秘激起著人類無數(shù)的遐想。”
“著名的美國科幻電視連續(xù)劇《星際旅行》(Star Trek)中有這樣一句簡短卻意味無窮的題記：星空，最后的前沿(Space， the final frontier)當(dāng)我第一次觀看這個電視連續(xù)劇的時候，這句用一種帶有磁性的話外音念出的題記，給我留下了令人神往的印象?！焙瓮A，回憶了一下說道。
月凈佛花，道:“星空前沿。在遠(yuǎn)古的時候，人類探索星空的方式是肉眼，后來開始用望遠(yuǎn)鏡，但人類邁向星空的第一步則是在一九五七年那一年，人類發(fā)射的第一個航天器終于飛出了我們這個藍(lán)色星球的大氣層。十二年后，人類把足跡留在了月球上三年之后，人類向外太陽系發(fā)射了先驅(qū)者十號深空探測器?！?p> 一九八三年，先驅(qū)者十號飛離了海王星軌道，成為人類發(fā)射的第一個飛離太陽系的航天器，從人類發(fā)射第一個航天器以來，短短二十幾年的時間里，齊奧爾科夫斯基所預(yù)言的“人類首先將小心翼翼地穿過大氣層，然后再去征服太陽周圍的整個空間”就成為了現(xiàn)實，人類探索星空的步履不可謂不迅速。
但是，相對于無盡的星空而言，這種步履依然太過緩慢。
率先飛出太陽系的先驅(qū)者十號如今正在一片冷寂的空間中滑行著，在滿天的繁星之中，要經(jīng)過多少年它才能飛臨下一顆恒星呢？
答案是兩百萬年！那時它將飛臨距離我們六十八光年的金牛座(Taurus)[注三]。
六十八光年的距離，相對于地球上的任何尺度來說，都是極其巨大的，但是相對于遠(yuǎn)在三萬光年之外的銀河系中心，遠(yuǎn)在兩百二十萬光年之外的仙女座大星云，遠(yuǎn)在六千萬光年之外的室女座星系團(tuán)，以及更為遙遠(yuǎn)的其它天體來說，無疑是微不足道的。
人類的好奇心，是沒有邊界的，可是即便人類航天器的速度，再快上許多倍，甚至接近物理速度的上限-光速，用星際空間的距離來衡量，依然是極其緩慢的，那么，有沒有什么辦法，可以讓航天器以某種方式，變相地突破速度上限，從而能夠在很短的時間內(nèi)，跨越那些近乎無限的遙遠(yuǎn)距離呢？
科幻小說家們率先展開了，想象的翅膀，一九八五年，美國康乃爾大學(xué)(Cornell University)的著名行星天文學(xué)家卡爾·薩根(Carl Sagan)寫了一部科幻小說叫做《接觸》(Contact)。
薩根對探索地球以外的智慧生物有著濃厚的興趣，他客串科幻小說家的目的之一是要為尋找外星智慧生物的 SETI 計劃籌集資金他的這部小說后來被拍成了電影，為他贏得了廣泛的知名度，薩根在他的小說中敘述了一個動人的故事：一位名叫艾麗(Ellie)的女科學(xué)家收到了一串來自外星球智慧生物的電波信號。
“經(jīng)過研究，她發(fā)現(xiàn)這串信號包含了建造一臺特殊設(shè)備的方法，那臺設(shè)備可以讓人類與信號的發(fā)送者會面經(jīng)過努力，艾麗與同事成功地建造起了這臺設(shè)備，并通過這臺設(shè)備跨越了遙遠(yuǎn)的星際空間與外星球智慧生物實現(xiàn)了第一次接觸?！痹S威儀，非常高興說道。
精靈草，曰:“旅行天堂。但是，艾麗與同事按照外星球智慧生物提供的方法，建造出的設(shè)備究竟利用了什么方式，讓旅行者跨越遙遠(yuǎn)的星際空間的呢？”
這是薩根需要大膽“幻想”的地方。
他最初的設(shè)想，是利用黑洞。
但是薩根畢竟不是普通的科幻小說家，他的科學(xué)背景使他希望自己的科幻小說盡可能地不與已知的物理學(xué)定律相矛盾。
于是他給自己的老朋友加州理工大學(xué)(California Institute of Technology)的索恩(Kip S. Thorne)教授打了一個電話。
索恩是研究引力理論的專家，薩根請他為自己的設(shè)想做一下技術(shù)評估。
索恩經(jīng)過思考及粗略的計算，很快告訴薩根黑洞是無法作為星際旅行的工具的，他建議薩根使用蟲洞(wormhole)這個概念。
據(jù)我所知，這是蟲洞這一名詞第一次進(jìn)入科幻小說中在那之后，各種科幻小說、電影、及電視連續(xù)劇相繼采用了這一名詞，蟲洞逐漸成為了科幻故事中的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語這是科幻小說家與物理學(xué)家的一次小小交流結(jié)出的果實。
薩根與索恩的交流不僅為科幻小說帶來了一個全新的術(shù)語，也為物理學(xué)開創(chuàng)了一個新的研究領(lǐng)域。
在物理學(xué)中，蟲洞這一概念最早是由米斯納(C. W. Misner)與惠勒(J. A. Wheeler)于一九五七年提出的，與人類發(fā)射第一個航天器恰好是同一年。
那么，究竟什么是蟲洞？
它又為什么，會被科幻小說家視為星際旅行的工具呢？
讓我們用一個簡單的例子來說明：大家知道，在一個蘋果的表面上從一個點(diǎn)到另一個點(diǎn)需要走一條弧線，但如果有一條蛀蟲在這兩個點(diǎn)之間蛀出了一個蟲洞，通過蟲洞就可以在這兩個點(diǎn)之間走直線，這顯然要比原先的弧線來得近。
把這個類比從二維的蘋果表面推廣到三維的物理空間，就是物理學(xué)家們所說的蟲洞，而蟲洞可以在兩點(diǎn)之間形成快捷路徑的特點(diǎn)正是科幻小說家們喜愛蟲洞的原因[注五]。
只要存在合適的蟲洞，無論多么遙遠(yuǎn)的地方都有可能變得近在咫尺，星際旅行家們將不再受制于空間距離的遙遠(yuǎn)。
在一些科幻故事中，技術(shù)水平高度發(fā)達(dá)的文明世界利用蟲洞進(jìn)行星際旅行就像今天的我們利用高速公路在城鎮(zhèn)間旅行一樣。
在著名的美國科幻電影及電視連續(xù)劇《星際之門》(Stargate，港臺譯星際奇兵)中人類利用外星文明留在地球上的一臺被稱為“星際之門”的設(shè)備可以與其它許多遙遠(yuǎn)星球上的“星際之門”建立蟲洞連接，從而能夠幾乎瞬時地把人和設(shè)備送到那些遙遠(yuǎn)的星球上。
蟲洞成為了科幻故事中，星際旅行家的天堂。
不過米斯納與惠勒所提出的蟲洞是極其微小的，并且在極短的時間內(nèi)就會消失，無法成為星際旅行的通道。
薩根的小說發(fā)表之后，索恩對蟲洞產(chǎn)生了濃厚的興趣，并和他的學(xué)生莫里斯(Mike Morris)開始對蟲洞作深入的研究。
“與米斯納和惠勒不同的是，索恩感興趣的是可以作為星際旅行通道的蟲洞，這種蟲洞被稱為可穿越蟲洞(traversable wormhole)?！鼻噔曫偅J(rèn)真說道。
月凈佛花，道:“負(fù)能量物。那么什么樣的蟲洞能成為可穿越蟲洞呢？一個首要的條件就是它必須存在足夠長的時間，不能夠沒等星際旅行家穿越就先消失。因此可穿越蟲洞首先必須是足夠穩(wěn)定的。一個蟲洞怎樣才可以穩(wěn)定存在呢？索恩和莫里斯經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了一個不太妙的結(jié)果，那就是在蟲洞中必須存在某種能量為負(fù)的奇特物質(zhì)！為什么會有這樣的結(jié)論呢？那是因為物質(zhì)進(jìn)入蟲洞時是向內(nèi)匯聚的，而離開蟲洞時則是向外飛散的，這種由匯聚變成飛散的過程意味著在蟲洞的深處存在著某種排斥作用。由于普通物質(zhì)的引力只能產(chǎn)生匯聚作用，只有負(fù)能量物質(zhì)才能夠產(chǎn)生這種排斥作用。因此，要想讓蟲洞成為星際旅行的通道，必須要有負(fù)能量的物質(zhì)。索恩和莫里斯的這一結(jié)果是人們對可穿越蟲洞進(jìn)行研究的起點(diǎn)。索恩和莫里斯的結(jié)果為什么不太妙呢？”
因為人們，在宏觀世界里從未觀測到任何負(fù)能量的物質(zhì)。
“事實上，在物理學(xué)中人們通常把真空的能量定為零。”許威儀，認(rèn)真說道。
所謂真空就是一無所有，而負(fù)能量意味著比一無所有的真空具有“更少”的物質(zhì)，這在經(jīng)典物理學(xué)中是近乎于，自相矛盾的說法。
但是，許多經(jīng)典物理學(xué)做不到的事情，在二十世紀(jì)初隨著量子理論的發(fā)展，卻變成了可能。
負(fù)能量的存在，很幸運(yùn)地正是其中一個例子。
在量子理論中，真空不再是一無所有，它具有極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，每時每刻都有大量的虛粒子對產(chǎn)生和湮滅。
一九四八年，荷蘭物理學(xué)家卡西米爾(Hendrik Casimir)研究了真空中兩個平行導(dǎo)體板之間的這種虛粒子態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們比普通的真空具有更少的能量，這表明在這兩個平行導(dǎo)體板之間，出現(xiàn)了負(fù)的能量密度！
在此基礎(chǔ)上，他發(fā)現(xiàn)在這樣的一對平行導(dǎo)體板之間，存在一種微弱的相互作用。
他的這一發(fā)現(xiàn)，被稱為卡什米爾效應(yīng)。
將近半個世紀(jì)后的一九九七年，物理學(xué)家們在實驗上證實了這種微弱的相互作用，從而間接地為負(fù)能量的存在提供了證據(jù)。
除了卡什米爾效應(yīng)外，二十世紀(jì)七八十年代以來，物理學(xué)家在其它一些研究領(lǐng)域也先后發(fā)現(xiàn)了負(fù)能量的存在。
因此，種種令人興奮的研究都表明，宇宙中看來的確是存在負(fù)能量物質(zhì)的。
但不幸的是，迄今所知的所有這些負(fù)能量物質(zhì)都是由量子效應(yīng)產(chǎn)生的，因而數(shù)量極其微小。
以卡西米爾效應(yīng)(Casimireffect)為例，倘若平行板的間距為一米，它所產(chǎn)生的負(fù)能量的密度相當(dāng)于在每十億億立方米的體積內(nèi)才有一個(負(fù)質(zhì)量的)基本粒子！而且間距越大負(fù)能量的密度就越小。
其它量子效應(yīng)，所產(chǎn)生的負(fù)能量密度也大致相仿。
因此，在任何宏觀尺度上，由量子效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)能量，都是微乎其微的。
另一方面，物理學(xué)家們對維持一個可穿越蟲洞所需要的負(fù)能量物質(zhì)的數(shù)量也做了估算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蟲洞的半徑越大，所需要的負(fù)能量物質(zhì)就越多。
具體地說，為了維持一個半徑為一公里的蟲洞所需要的負(fù)能量物質(zhì)的數(shù)量相當(dāng)于整個太陽系的質(zhì)量。
如果說負(fù)能量物質(zhì)的存在給利用蟲洞進(jìn)行星際旅行帶來了一絲希望，那么這些更具體的研究結(jié)果則給這種希望潑上了一盆無情的冷水。
因為一方面，迄今所知的所有產(chǎn)生負(fù)能量物質(zhì)的效應(yīng)都是量子效應(yīng)，所產(chǎn)生的負(fù)能量物質(zhì)即使用微觀尺度來衡量也是極其微小的。
另一方面，維持任何宏觀意義上的蟲洞所需的負(fù)能量物質(zhì)，卻是一個天文數(shù)字！
“這兩者之間的巨大鴻溝，無疑給建造蟲洞的前景，蒙上了濃重的陰影?！痹S威儀，非常疑惑的說道。