《星際穿越》熱映 虫洞、黑洞等熱詞你了解多少？

　　宇宙浩瀚，但人類的探索從未止步。無論是科幻電影還是科幻小說，都在書寫對未來的思考、對未知的大膽想象。《星際穿越》就為我們講述了當人類遭遇生存危機時，穿越星系，尋找新家園的故事。影片所描繪的情景令人神往，宇宙飛船通過穿越虫洞，抵達另一個星系。又通過進入黑洞內部，突破時間空間的藩籬，改變了人類命運。

　　人民日報《發現》欄目邀請南開大學物理學院副教授李磊與本報記者周飛亞，聊聊虫洞、黑洞、五維空間、時空穿越等概念是否真的存在於宇宙中，人類距離真正了解它們，甚至實現電影中的穿越，還有多遠？

　　——編 者 

　　虫洞，真的存在嗎？

　　李磊：虫洞是在廣義相對論中容許存在的一種特殊結構，它可以把時空中的兩個點直接連接起來，不管這兩點在空間距離上或時間間隔上相距多遠。對它的簡單理解，就如同一張紙上相隔較遠的兩個點，通過折疊將兩點重合在一起。

　　利用虫洞的特性，我們就有可能在較短的時間內完成遠距離的空間旅行，或者進行時間旅行。不過，我們還沒有在天文觀測中找到虫洞存在的實驗証據。在理論上也還存在各種各樣的困難。例如，制造和維持虫洞可能需要具有負能量的物質。

　　如果定義真空所具有的能量為零，那麼我們通常提到的所有物質和它們的運動形式都具有正能量，負能量就是能量比真空還低。現在知道，隻有量子物理中的卡西米爾效應可以提供非常微弱的負能量。所以，虫洞能否存在或制造出來，在理論上還要等待完全量子化的引力理論來作出判斷。

　　周飛亞：虫洞為啥叫虫洞？從蘋果表面的一個點到另一個點，走的是一條弧線，但假如有一條虫子在兩點之間蛀出一條通道爬過去，就可以走距離短得多的直線了。而我們所在的三維宇宙，就是蘋果的表面。

　　這個形象的概念，在1957年正式誕生，1985年首次出現在科幻小說中——這部大名鼎鼎的小說，就是卡爾·薩根所作、后來被拍成了電影的《接觸》。值得一提的是，正是《接觸》的流行，使物理學家對虫洞產生興趣，進行了更深入的研究——作為科學與文學的結晶，科幻，就是以這樣的方式反哺著“父母”。

　　如今，在物理學意義上的虫洞有著多種模型，而在科幻小說和影視中，虫洞大都是以“交通要道”的面目出現的。這樣的設定，表現了人們探索的欲望和對星空的向往。古往今來，人類一直在不斷開拓自己的領地，向著未知的遠方進發。我們的腳步，從非洲的一個原始部落邁出，踏遍了一塊大陸，再跨越海洋或天空，覆蓋了整個地球，最終將目光投向了浩渺宇宙。從這個意義上來說，虫洞，不僅僅是一條捷徑，更代表了一個夢想。它所通往的，不僅僅是明確的目的地，更是無限新奇的未知世界。

　　有趣的是，在虫洞概念誕生的同一年，蘇聯發射了人類的第一個航天器，向遙遠的外太空邁出了第一步。這，難道不是一個必然的巧合嗎？

　　黑洞，真的是個窟窿？

　　李磊：黑洞不是一個黑窟窿，而是一種密度極大的天體。從目前的研究成果看，黑洞一般由恆星演化而來。暮年的恆星，在自身引力作用下發生收縮，半徑減小，中心密度增大。我們知道，質量越大，引力就越強，在恆星質量足夠大、滿足一定條件的情況下，其半徑收縮至小於某一個值時，密度會大到在它表面的光都無法逃離的地步，這個時候天體就不可見了，我們把它叫做黑洞。

　　天文觀測發現，除了前面所說的恆星級黑洞，在大型星系的中心還存在著由於引力坍縮所形成的超大質量黑洞，其質量可以達到太陽質量的幾百萬倍至一百億倍以上。

　　很多人相信黑洞最后將坍縮成一個體積無窮小、密度無限大的奇點，圍繞著這個奇點存在一個無法逃逸的區域，這個區域的邊界稱為視界。在視界以外的觀察者不受視界以內任何事件的影響，也無法獲得視界以內任何事件的信息。如果有人從外向內穿越了視界，那麼在遠處的觀察者看來，視界附近的時間流逝速度也將發生特別有趣的變化。另外，從溫度的角度來說，人類平安穿過視界進入黑洞的可能性也是幾乎沒有的。黑洞外圍的溫度太高，一接近它就被熱成等離子體了。

　　周飛亞：如果要給科學界的研究對象列一個神秘排行榜，黑洞一定是名列前茅的嘉賓。質量無限大，體積無限小，連速度最快的光都無法逃脫其魔爪，誰也不能探測到其內部是什麼——這樣的特質，給黑洞戴上了嚴實的面紗。

　　不過，雖然神秘，但在《星際穿越》裡那一系列玄乎的事物中，黑洞反而是最靠譜的一個了——至少，它是唯一經科學証實確實存在的。

　　哲人蘇格拉底有句名言，“我所知道的就是我一無所知”，面對黑洞一籌莫展的科學家們一定會把他引為知音。不過，也正是這種幾乎一無所知的境況，給了科幻文學作品盡情施展的空間。總的說來，黑洞已經客串了如下角色：宇宙中的暗礁，千萬要避開的危險區域﹔航路上的加油站，利用其巨大的引力來獲取加速度、節省燃料。

　　事實上，虫洞理論中的一種就認為黑洞是虫洞的一部分，在這種理論中，黑洞還有一個兄弟叫白洞，墜入黑洞的飛船就是從白洞掉出來。此外，科學家們還提出了量子層級的微型黑洞的假設，它們的結構很不穩定，產生與消失的速度都極快，而在一些科幻小說中，微型黑洞已經成為未來的大規模殺傷性武器。

　　看起來，這些離我們還很遙遠，也許在將來的某一天，它們還會被不斷發展的科學証明是謬誤。但是，這並不能熄滅我們幻想未來的熱情。人類一思考，上帝就發笑，可如果不思考，上帝連發笑都不屑。

　　版式設計：蔡華偉 

　　欄目統籌：肖家鑫 

　　《 人民日報 》（ 2014年11月19日 12 版）