爱因斯坦的相对论指出，任何事物都不可能从静止状态加速到比光更快的速度。这似乎令人沮丧——搭乘宇宙飞船在短短几天内飞驰到银河系远方的梦想可能永远不会实现了。

是啊，起码——要是宇宙飞船以常规方式旅行的话，这个梦想是无法实现了。顺便告诉你，人们可以在广义相对论的约束下进行一些非常规的旅行。这样一来，人们或许可以在短时间内到达遥远的恒星和行星，将科幻小说似的太空旅行梦从无望的幻想变成遥远的可能。

其中一种可能性就是虫洞。虫洞就像一条隧道，连接着宇宙的两个区域。尽管这两个区域可以相隔数光年，但隧道本身可能只有几米长。一艘宇宙飞船可以悠然飞过隧道，穿越到以常规方式旅行需要数千年才能到的地方。

虫洞之所以在爱因斯坦的相对论的框架中可以存在，是因为它是建立在时空可以弯曲的基础上的。想象一张纸和一只在纸上乱爬的蚂蚁。如果蚂蚁想从纸的一端爬到另一端，它只能慢慢爬过整张纸的宽度。这需要相当长的时间。但是，想象一下，如果我们把纸折起来，让远方的目的地恰好位于蚂蚁目前所在的位置之上，它只需要在纸上咬出一个小洞，穿过去，就能出现在另一边了。这节省了很多时间。顺便说一下：纸片上的其他居民不会意识到他们的整个世界是弯曲的——在此过程中纸片的固有曲率不会改变。

好吧，相对论并不禁止虫洞存在。但虫洞究竟是什么样的，我们能不能建造一个呢？

爱因斯坦-罗森桥：黑洞与白洞

人们第一次意识到空间的不同区域之间可能有隧道，其实是很久之前的事情了。所谓的“爱因斯坦-罗森桥”是空间（或宇宙）中的两个区域连接的一种理论可能性。它是一条单行道。入口看起来就像一个黑洞。只不过，如果一个粒子落入其中，它不会到达奇点，而是会通过一种叫白洞的道路离开虫洞，出现在空间的另一个区域（就像没有什么东西能逃出黑洞的视界一样，也没有什么东西能进入白洞周边的一定范围）。但是，它的内部不仅会有非常强大的引力（宇宙飞船极有可能被瞬间压扁），而且极不稳定！原因是白洞非常脆弱（这也是大家很少读到关于白洞的文章的原因——白洞诞生后就会立即坍塌）。此类虫洞坍塌的时间比一个粒子从它的一端穿越到另一端所需要的时间要短得多得多。

莫里斯-索恩虫洞：可行的替代方案

20世纪末，物理学家基普·索恩和他的学生迈克·莫里斯共同发现，有一种方法不仅可以让虫洞保持稳定，而且使其允许双向穿越。只不过，这种虫洞需要内部有奇异物质来让它保持开放。

这里是所有类型虫洞的难题所在：似乎在其内部的某个区域，引力一定要变成斥力才行。原因如下。假设很多光线从不同的方向汇聚到虫洞的入口，它们要穿过虫洞出现在另一边，就需要发散，向不同的方向前进。因此，在虫洞内的某个点，汇聚的光线得彼此排斥才行。换言之，虫洞中的时空需要弯曲，需要看起来像受到了“万有斥力”的影响。（具体的论证更加复杂，因为一颗恒星就算任何地方都没有斥性引力，其引力场折射也可能让汇聚在一起的光束分散开变成不同方向的光线。这样的恒星有一个焦点，因为它表现得就像一面引力透镜，而虫洞没有。这一点和发散的光线结合起来看，意味着引力得是斥力才行。）

奇异物质和斥性引力

然而，我们已知的所有形式的物质（甚至是反物质！）都是以引力的方式弯曲时空的。这是因为我们迄今遇到的所有类型的物质都具有正质量（或者至少是正能量）。关于这方面，广义相对论的方程说得很直接：如果你想有斥性引力，就需要一个能量密度为负的区域。现在，你没有任何理由相信世上没有负质量的物质。事实上，你可以通过量子效应想办法让某些区域的能量密度降低到零以下（只可惜这种方法不能用于建造虫洞）。只是我们从来没有遇到过类似的东西，所以物理学家创造了这种（假想中的）“奇异”的物质形式。

总之，如果我们有这样的奇异物质，理论上就可以在不同的空间区域之间建造虫洞。在某些设想里，穿越虫洞的宇宙飞船甚至可以避开有奇异物质的区域。

利用虫洞时间旅行：只差一趟太空旅行！

顺便说一下：如果你有一个连接到遥远空间区域的虫洞，那么你就可以利用这个虫洞立即建造一个时间机器！你所需要的只是虫洞版的双生子佯谬。想象这样一个虫洞，它的两个入口靠得非常近，以至于你从一端进入，就能立即出现在几米之外的另一端。现在需要你做的就是带着虫洞的一个入口四处游走——把它放在一艘宇宙飞船里，它以接近光速的速度飞行，但用的是传统的推进系统。你把宇宙飞船开到很远的地方，几个小时后再回来。由于虫洞的一个入口是随宇宙飞船移动的，所以对于它而言只过去了几个小时；而按照相对论的时间膨胀理论，对于留在原地的那个虫洞入口来说，时间已经过去了好几年。

现在两个虫洞不仅连接了空间的不同区域，还连接了不同的时期。如果你从一端进入，就会消失，几年后从另一端冒出来。这是一个时间机器，你可以在进入虫洞另一端的几年前就出现在虫洞的一端。当然，这就注定了会产生各种不同的时间旅行悖论。也许我们尚未找到建造虫洞的方法是件好事。