彩虹桥--科幻小说中未来技术的现实理论漫谈 

吕默默/文

看过电影《雷神》的朋友应该知道这个题目是在说什么吧，其实彩虹桥就也是一种虫洞。宇宙巨大的尺度超出了人类的想象，于是科幻小说家们为了让主角们短时间内穿越宇宙广袤的空间，就把虫洞搬了出来，这样可以大大的缩短航行时间。在现今的理论下，虫洞是有理论依据的。爱因斯坦与另外一个美国物理学家罗森塔尔共同研究时，发现广义相对论方程中有一个解可以支持虫洞存在，所以虫洞本来的名字应该叫做爱因斯坦-罗森塔尔桥（其实虫洞是后来的通俗叫法）。在这次的漫谈里，我们来讨论下在今天的科技和物质条件下，人类是否有能力开启一个虫洞以“穿越”宇宙。

《雷神》概念海报：

“雷神”托尔和夙敌“洛基”在天界入口要道比弗罗斯特彩虹桥激斗 

要解释虫洞，就要首先提下广义相对论，广义相对论认为引力其实不是一种特别的力，而是空间弯曲的一种表现，当质量足够大的时候就可以弯曲空间。这个理论有真实实验支持，就是著名的“星光实验”（有兴趣的朋友可以查下相关资料），在这个实验里人们可以观察到真实的时空弯曲所产生的效应，这里就不再重述相关的实验过程和计算方程，我们知道这个结论就好。质量越大，引力就会越强，空间弯曲得就会更加厉害。如果一个星体的引力非常大，那么用于“逃离”这个星体的逃逸速度就会越大，当一个星体上的逃逸速度超过光速的时候，就等于什么东西都不能从这个星体上跑出来了。德国天体物理学家卡尔•史瓦西曾根据广义相对论的引力方程做过计算，得出结论指出当一颗恒星发生引力坍缩、收缩到一定半径的时候，就会变成“黑洞”（当时还不叫这个名字，“黑洞”一词直到1967年才出现）。这个半径被后人称为“史瓦西半径”，其大小取决于天体的质量。其实不只是宇宙里的天体，任何物体，只要有质量，当物体的半径收缩小于史瓦西半径时，就会变成一个黑洞。例如把地球同样质量的物体压缩到半径只有9毫米时，黑洞就产生了。

黑洞出现的时候仅仅作为广义相对论中引力方程的一个解，但已经吸引了当时大批的科学家的兴趣并加入研究。天文学家则为此有点头疼，因为黑洞表面没有任何光逃出来，这就意味着我们不能直接观测到黑洞，但是后来发现可以间接的观测到，比如黑洞引力产生的空间扭曲效应会使得周围的星光产生严重偏折。另外著名科学家霍金发现黑洞两极会喷射出巨大的辐射流，这也可以用射电望远镜观测。随着科技的发展、望远镜技术的更替，这些间接观测手段一一被证实。

说了这么多关于黑洞的事情，下面开始进入正题，该虫洞出场了。黑洞这个东东的引力过于强大，会使得周围空间变得极度扭曲，具体表现就是在宇宙“幕布”上形成一个漏斗体。那么存不存在这样一个情况，在两个黑洞在空间弯曲之后，漏洞的底端恰好连在了一起，本文刚开始提到爱因斯坦和罗斯塔尔研究指出，广义相对论方程中有这样的一个解支持这种情况，也就是说虫洞可以在这个宇宙存在。那么从A黑洞进入，穿越其底部到达B黑洞的底部，这不就等于从宇宙的这个空间直接“穿越”到B黑洞所在的空间了吗？难道这就是那些电影、小说里出现过的可以穿越宇宙空间的“彩虹桥”？这不就实现了吗？别急，这里还有个问题，前边提到在过黑洞内，就连宇宙速度之王——光都不能从其表面逃离，那飞船和人怎么办呢？就算我们安全的从A黑洞进入，并且很幸运安全地穿越了两个黑洞的接口，到达了B黑洞底端，那么你怎么从B黑洞里出去？其实广义相对论还有另一个推论——“白洞”的存在，跟黑洞正好相反，白洞则是没完没了的往外边“吐”东西，如果A黑洞的底部跟C白洞的底部相连，这样形成的虫洞就可以穿越宇宙空间了。可惜的是白洞这个更奇怪的的东东至今没有被任何直接或者间接观测到，只是相对论方程的一个解。所以，你懂得，虽然理论上有依据，但现实下的虫洞穿越宇宙空间还只是个传说。

退一步讲，既然理论支持虫洞的存在，也许只是我们现在的科技不够发达，说不定将来的某一天会成为现实呢？当然，不排除以后会发现白洞的存在，也可能以后出现的技术可以保障我们安然无恙的进入黑洞，然后挥一挥手，不带走一片云彩地从白洞的另一端里走出，而不会被挤压成各种射线喷向太空。这一切的前提是你首先要有个黑洞。史瓦西半径告诉我们，任何物体被压缩到临界半径之后就会变成黑洞，那是不是可以人工制造一个黑洞呢？抛开在太阳系开一个黑洞的危险性不说，单单从理论上计算产生一个黑洞并维持所需要的能量，你会得到一个超级天文数字，这有多么巨大呢？可能有些朋友听过一种收集能量的高级兵器——戴森球，最初是由美国物理学家弗里曼•戴森提出。通俗的来说，就是在一定轨道半径制造能量转换率非常高的太阳能板，将太阳整个包起来形成的人造空心球。太阳辐射到地球的能量只是其放出能量的1/20亿分之一，如果制造出上边提到的戴森球，那么收集一天的能量大概可以支持一个只有几纳米的虫洞，这么小的一个虫洞，别说飞船了，就连一根绣花针都穿不过去，除非你把飞船分解成无数个原子然后发射到虫洞里。太阳一天辐射的能量有多少呢？只是说个数字会太没有实感，有人算过，其能量几乎等于人类自诞生以来到现在使用过的所有能量之和。

《雷神》剧照：彩虹桥
 
假设戴森球收集的能量可以完整的转换，然后制造一个虫洞。那么在此基础上我们再退一步，如果人类有技术的可以造一个戴森球，也就是说制造这么巨大的太阳能板并发射到固定轨道。有技术制造，并不意味着我们有能力制造，接下来你就会明白我说的是什么意思了。如果以太阳的球心为中心，制造直径为一个天文单位的戴森球，表面积大约有2.72×10¹²平方千米，大约是地球表面积的6亿倍，如此一算，则大概需要拆掉多半个太阳系行星的物质来做这么一个球面，这个工程无论是在空间尺度还是在时间尺度都会相当宏大，所以更不实际。（有关戴森球或者戴森环的小说很多，最为有名的是星云、雨果、轨迹三奖作品拉里•尼文的《 环形世界》）

在电影《雷神》里需要一个宇宙能量魔方开启虫洞，也许以后我们也会发现属于人类自己的“能源魔方”，不过在现阶段来看，虽然理论上存在支持虫洞的依据，但要真正做到穿越宇宙时空则仍需要化解无数的技术难题才能得以实现。科技在发展，物理学也会有突破，相对论和量子论都有自己不完善的地方，也许在未来我们会发现更新更完美的理论，让穿越宇宙时空变得相对简单一些。
 
有心的朋友会发现前边的两期了分别讲了安塞波和虫洞，在现有的技术条件下要进行星际旅行很难，在低光速状态下进行大空间的星际旅行，小说家想到一个办法就是世代飞船，那么，下一期将聊聊关于世代飞船。

作者简介：

吕默默 老幻迷，南瓜地写作小组管理者，曾用笔名fengyedao、刀子，微生物学博士，京大在读硕士。写小说、书评，爱读书，会弹琴，爱旅行，爱电影，对时尚审美差。

转自：http://sf.kedo.gov.cn/khzx/397209.shtml

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