主辦：北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
協(xié)辦：北京科普發(fā)展中心、嘉星一族、首都圖書館
題目：黑洞、白洞與蟲洞
時(shí)間：2011年7月31日
地點(diǎn)：首都圖書館
主講人：蘇宜，南開大學(xué)教授
開場白
關(guān)于黑洞，法國天文學(xué)家盧米涅（Luminet）說過一段話，他說：“黑洞是恒星死亡后的一種殘骸，它是引力收縮的極點(diǎn)，極端到近乎荒唐（指它的一些性質(zhì)用現(xiàn)有的物理學(xué)知識(shí)無法解釋）。但它又是宇宙當(dāng)中最精美的天體。了解黑洞并深感困惑之后，會(huì)使我們進(jìn)入一個(gè)展示時(shí)間、空間、光和物質(zhì)深刻本質(zhì)的更加深邃的新視野。”
壓縮到引力半徑以內(nèi)
黑洞（Black hole）這個(gè)名詞，是1968年由美國天文學(xué)家惠勒（Wheeler）在一個(gè)報(bào)告里面提出的。但有關(guān)黑洞的概念，早就有科學(xué)家通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出來了。比如說1796年法國科學(xué)家拉普拉斯（Laplace）就在著作里寫了一段話。他說假如有一個(gè)恒星，密度跟地球一樣，而直徑比太陽大250倍，那么它表面的逃逸速度將超過光的傳播速度。恒星本來應(yīng)該是發(fā)光的，但是從遠(yuǎn)方看這個(gè)恒星，它卻是絕對(duì)黑暗的，你不可能看到它。為什么呢？Laplace的解釋就是逃逸速度。
地球的逃逸速度是11.2公里每秒，還有一個(gè)環(huán)繞速度是7.9公里每秒。我們沒有誰扔個(gè)石頭能永遠(yuǎn)不掉下來，為什么？因?yàn)槿巳邮^的速度很小，不可能大到7.9公里每秒，大到這個(gè)數(shù)的話，石頭就不會(huì)被地球的引力吸引下來，就會(huì)繞著地球轉(zhuǎn)，這就是人造衛(wèi)星飛行的原理。如果速度達(dá)到11.2公里每秒，那么就會(huì)使物體飛離地球引力場，再也不會(huì)回來，這就叫逃逸速度。
那么，當(dāng)初Laplace假設(shè)的恒星逃逸速度已經(jīng)超過光速，也就是說光這種小粒子的飛行速度沒有達(dá)到逃逸速度，逃不開該恒星的引力，飛不出來，所以外界不可能看到這顆恒星的存在。Laplace所說的其實(shí)就是黑洞的概念。不過Laplace依據(jù)的是牛頓經(jīng)典力學(xué)，對(duì)時(shí)空本性的認(rèn)識(shí)還沒有達(dá)到現(xiàn)代物理學(xué)的深度。而且Laplace的著作出版后不久，物理學(xué)家楊（Young）發(fā)現(xiàn)光具有波動(dòng)性，而不是小粒子，Laplace的著作再版時(shí)就把那段文字刪掉了。
科學(xué)在發(fā)展。1915年11月，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論，主要的思想是說時(shí)空是彎曲的。按牛頓理論，時(shí)空是平直的。愛因斯坦說，因?yàn)橛钪娈?dāng)中處處有天體，天體的質(zhì)量越大體積越小，引力越強(qiáng)，它周圍的時(shí)空就彎曲的越厲害。廣義相對(duì)論發(fā)表之后只有一個(gè)月，他的同事、天文學(xué)家史瓦西（Schwarzchild）就用這個(gè)理論推導(dǎo)出一個(gè)重要的數(shù)值——引力半徑。
史瓦西半徑公式很簡單：引力半徑Rg＝2GM/C2。G是引力常數(shù)，M是天體質(zhì)量，c是光速。只要知道天體質(zhì)量，一定可以算出來一個(gè)Rg。這個(gè)公式是什么含義呢？如果一個(gè)天體的全部質(zhì)量都被壓縮到它的引力半徑的范圍之內(nèi)的話，按照廣義相對(duì)論，天體周圍的時(shí)空就極度彎曲到完全封閉，里面什么東西都跑不出來，包括光子和任何能量、物質(zhì)、信息。外界不可能看到它，那么這個(gè)東西就是黑洞。
在約定單位的情況下，史瓦西半徑公式可以簡化為Rg＝2.95M［km］。M必須以太陽質(zhì)量為單位，算出的引力半徑Rg值以公里為單位。
不難算出太陽的史瓦西半徑是2.95公里。如果把太陽的全部質(zhì)量都?jí)嚎s到直徑小于6公里的范圍內(nèi)，太陽就變成黑洞；如果我們有興趣算一算地球，它的引力半徑是8.9毫米，把整個(gè)地球壓成一粒葡萄那么大，地球就變成黑洞了。當(dāng)然這只是數(shù)學(xué)計(jì)算。太陽跟地球都不可能變成黑洞，因?yàn)闆]有什么力能把它們作如此的壓縮。但是宇宙當(dāng)中的大恒星在超爆以后是可能被壓縮成黑洞的。
兩個(gè)力的平衡
恒星有兩個(gè)最主要的特點(diǎn)，第一是它有巨大的質(zhì)量。太陽的質(zhì)量為2×1027噸，只能算是一顆中下等質(zhì)量的小恒星。按照牛頓的引力定律，有質(zhì)量就有引力，每一部分都和相鄰的部分有引力，引力累加起來的結(jié)果，就是把整個(gè)恒星的物質(zhì)向中心擠壓。那這么一擠恒星還能存在嗎？事實(shí)上，太陽天天照耀我們，沒有被壓垮，是因?yàn)楹阈沁€有另外一個(gè)特點(diǎn)——極強(qiáng)烈的熱核反應(yīng)，由熱核反應(yīng)產(chǎn)生的巨大的向外擴(kuò)張的壓力與引力相平衡，才能保持恒星長期穩(wěn)定的存在。
最主要的熱核反應(yīng)是氫原子核聚變?yōu)楹ぴ雍说姆磻?yīng)。氫原子核是一個(gè)質(zhì)子，氦原子核里邊是兩個(gè)質(zhì)子加兩個(gè)中子。當(dāng)四個(gè)氫原子核，也就是四個(gè)質(zhì)子，在高溫高壓的條件下聚在一起變成一個(gè)氦原子核，結(jié)果四個(gè)質(zhì)子里有兩個(gè)變成中子了。聚變前后，質(zhì)量有虧損。質(zhì)量哪去了？變成了核能輻射出來。這是近代物理學(xué)從愛因斯坦開始，相對(duì)論跟量子力學(xué)揭示出來的物質(zhì)世界的深刻的本質(zhì)。
那么好了，由于恒星內(nèi)部不斷地進(jìn)行著熱核聚變反應(yīng)，結(jié)果一定是獲得極高的溫度，你們學(xué)物理都知道，溫度越高體積越大，它有一個(gè)向外膨脹的壓力，與引力相平衡。太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)規(guī)模，相當(dāng)于一秒鐘爆炸二十億顆氫彈，一秒一秒不斷地爆炸，才有這個(gè)太陽存在。質(zhì)量比太陽大的恒星熱核反應(yīng)的規(guī)模就更大。
一個(gè)恒星不管大小，一定是質(zhì)量產(chǎn)生的引力跟熱核反應(yīng)產(chǎn)生的壓力，兩個(gè)力剛好平衡，這個(gè)恒星就能夠穩(wěn)定地存在。存在的壽命有多長？看這個(gè)星的質(zhì)量大小。質(zhì)量越大，壽命越短。像太陽這樣的恒星能夠維持大概一百億年。
恒星會(huì)死的
恒星不是永恒，當(dāng)它的熱核反應(yīng)不能進(jìn)行的時(shí)候，它就要消亡。核燃料總有用完的一天，用完了，失去了向外抵抗的壓力，那個(gè)向中心的引力馬上就起作用，恒星馬上就要塌縮。所以恒星跟我們?nèi)艘粯?，有生有死。最后怎么個(gè)死法？死亡的方式由它的質(zhì)量來決定。
熱核反應(yīng)有好多種，氫到氦的聚變反應(yīng)是最基礎(chǔ)的，或者說是產(chǎn)能效率最高的一種。聚變完了以后，氫都沒了，一大堆全是氦了，下一步它就會(huì)進(jìn)行更高級(jí)別的熱核反應(yīng)，由氦變成碳，由碳變成氧，變成鎂，變成硅，變成硫，變成氬，變成鈣，變成鈦、鉻、鐵……在恒星內(nèi)部進(jìn)行這種聚變反應(yīng)到鐵為止——元素周期表上鐵后面不是還有嗎？銅啊銀啊金啊更重的元素，那不行了，鐵以后的元素只能是裂變才能產(chǎn)生能量。鐵原子核的出現(xiàn)意味著恒星到了暮年，跟人一樣，老得快動(dòng)不了了，即將走向死亡。
質(zhì)量比較小的恒星，像太陽，它的熱核反應(yīng)只能到恒星大部分變成碳為止，氫變氦，氦變碳。它的質(zhì)量太小，內(nèi)部的壓力不夠，碳再也不能聚變了?，F(xiàn)在推算，50億年后，太陽中間是個(gè)碳核，外圍有一些氦，再外圍還有一些氫，太陽會(huì)膨脹到比地球軌道還要大，地球軌道半徑是1.5億公里，這時(shí)地球就完蛋了，肯定熔化了。到了這個(gè)階段，碳不能聚變了，引力就會(huì)使恒星塌縮，縮成白矮星，體積縮小到同地球差不多大了，但密度非常高。有人戲稱，那個(gè)時(shí)候的太陽核心就是一個(gè)極大的鉆石。鉆石是碳元素的另一種結(jié)構(gòu)。太陽變成像整個(gè)地球那么大的一塊鉆石，外圍還有一片體積碩大的彌漫星云。當(dāng)然了，人早沒了。
生物是從小長到大，天體是從大長到小。太陽寶寶開始特別大，在引力作用下，縮縮縮，縮成正常太陽，維持很長很長時(shí)間，到最后它又變大，變成紅巨星，最后紅巨星也沒了，剩下的東西就是那個(gè)碳核，變成白矮星＋彌漫星云，這就結(jié)束了一生，整個(gè)歷程是一百億年，現(xiàn)在走了一半，五十億年。
我們?cè)谧娜苏l也等不到看五十億年之后的太陽，但是天文學(xué)家在銀河系內(nèi)部找到好多個(gè)已走到這一步的別的恒星。像天琴座環(huán)狀星云、寶瓶座螺旋星云、天龍座貓眼石星云、矩尺座螞蟻星云等，都是由小恒星死后變過來的，看起來很漂亮，中間是白矮星，外圍是星云。
超新星爆發(fā)
所謂大恒星，通常來講質(zhì)量比太陽大八倍或者8.5倍以上。大恒星會(huì)有更深層次的一大串熱核反應(yīng)，最后一直進(jìn)行到產(chǎn)生鐵核。晚年階段的大恒星像一個(gè)熊熊燃燒的巨大無比的熱核反應(yīng)爐，極度地膨脹，直徑比土星繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道還要大。但它不可能維持長久，一旦熱核反應(yīng)全部停止，頂不住引力了，那么大的范圍，那么多的質(zhì)量往中間聚攏，速度非常高，比地球自由落體厲害得多，最后撞上中間的鐵核。這時(shí)候在極高的壓力下，鐵元素原子核已經(jīng)變成全部由中子組成的中子核，這個(gè)中子核你是搖不動(dòng)的，比銅墻鐵壁厲害得多，那么先前撞上的往外反彈，外面的往里擁，兩個(gè)速度相對(duì)更厲害，撞的一塌糊涂，砰！能量就會(huì)突然地爆發(fā)，這就叫——超新星爆發(fā)。爆發(fā)能量超過太陽一生總輻射能量的100倍！
人死時(shí)不會(huì)蹦起來爆發(fā)的，大恒星快沒氣時(shí)會(huì)突然蹦起來大爆發(fā)，這就是大恒星的性格。大恒星死了，但是它催生下一代恒星。而且超新星爆發(fā)是把鐵以后的那些元素創(chuàng)造出來的條件。我們?cè)谧鶒勖赖呐總兣鸫縻y，各種貴金屬怎么來的？如果沒有超新星爆發(fā)，不可能有這些元素。沒有往日恒星的壯烈爆發(fā)，就沒有今天多彩斑斕的宇宙。
恒星的幾種結(jié)局
大恒星超爆以后剩下那個(gè)殘骸，那個(gè)中子核，會(huì)怎么變？這里就要提到近代天體物理學(xué)兩個(gè)非常重要的極限值。
一個(gè)叫錢德拉塞卡極限。錢德拉塞卡是一位美籍印度天文學(xué)家，他計(jì)算出來一個(gè)極限值，獲得1983年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他說，停止熱核反應(yīng)的恒星，質(zhì)量數(shù)如果小于1.44倍太陽質(zhì)量，它會(huì)變成白矮星；質(zhì)量數(shù)如果超過1.44倍太陽質(zhì)量，它會(huì)進(jìn)一步塌縮——那就引出第二個(gè)極限，奧本海默極限。
奧本海默也是一位著名的美國物理學(xué)家，被稱為“原子彈之父”。他算出來了，如果一個(gè)冷恒星，超過1.44太陽質(zhì)量但小于3倍太陽質(zhì)量，它會(huì)進(jìn)一步塌縮，變成中子星。如果大于3倍太陽質(zhì)量的話，那么質(zhì)量越大引力越強(qiáng)，強(qiáng)勁到能夠把中子星都?jí)嚎澹蔷褪呛诙础?br>
那么恒星死亡的結(jié)局可以歸類為這么幾種：小于2.3倍太陽質(zhì)量的恒星會(huì)正常死亡，沒有超爆，最后變成白矮星；2.3到8.5倍太陽質(zhì)量的恒星會(huì)超爆，它沒有中子核，所以什么都沒有留下；大于8.5倍太陽質(zhì)量的恒星，超爆以后會(huì)留下中子核——看它留下的質(zhì)量是多少，大于1.44是中子星，大于3是黑洞。
黑洞的奇妙性格
黑洞第一個(gè)奇妙性質(zhì)是它存在一個(gè)視界，物質(zhì)進(jìn)了這個(gè)界限，里邊的光子就跑不出來，外面的人就永遠(yuǎn)看不到它。就是史瓦西算出來的那個(gè)界限。在視界之內(nèi)，所有的物質(zhì)只能向中心奇點(diǎn)聚集，任何兩點(diǎn)之間以及它們同視界以外，不可能有任何信號(hào)聯(lián)系。
在視界范圍里頭，質(zhì)量全部集中在中心奇點(diǎn)，這個(gè)奇點(diǎn)體積為零，密度為無窮大。這違背所有已知的物理學(xué)規(guī)律——世界上有什么東西只有質(zhì)量沒有體積不占空間嗎？
視界不是實(shí)體，是一個(gè)囚籠，所有物質(zhì)、能量都被囚禁在中央奇點(diǎn)上，無法逃脫。光跑不出來，任何時(shí)候看它都是絕對(duì)黑暗的。里邊的跑不出來，可是外面的東西碰到它一定會(huì)被吸進(jìn)去再也出不來，因?yàn)樗袕?qiáng)大的引力，是個(gè)無底深洞，西方叫Black hole，翻成黑洞兩個(gè)漢字是很貼切的。
黑洞的第二個(gè)性質(zhì)，它有強(qiáng)大的引潮力。海邊潮水會(huì)漲會(huì)退，是太陽跟月亮的引潮力造成的。引潮力就是把全地球的海水兩頭拽的力。引潮力的大小跟天體質(zhì)量成正比，跟距離的立方成反比。太陽跟月亮的引潮力都很小。但假如這個(gè)天體是黑洞，我們假設(shè)它有十個(gè)太陽質(zhì)量，它的引潮力會(huì)非常強(qiáng)大。進(jìn)到距離它四百萬公里范圍之內(nèi)，一般的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都會(huì)被解體。假設(shè)說未來我們的飛船要去探測這個(gè)黑洞，你夠結(jié)實(shí)，進(jìn)到距離它四百萬公里范圍之內(nèi)去了，你越往里飛，引潮力越大，可千萬別接近視界，否則就會(huì)一頭栽進(jìn)奇點(diǎn)就什么都不是了——好，我不進(jìn)去，我在視界上待一會(huì)兒怎么樣？這可以計(jì)算，視界上一個(gè)人體受到的引潮力是一百萬噸，兩頭拽著。
黑洞還有更奇妙的時(shí)空特性。我們的空間是三維，三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，時(shí)間是一維的。可是在黑洞視界內(nèi)部，空間變成一維了，而且單向，一頭栽向奇點(diǎn)，沒有向別的方向運(yùn)動(dòng)的可能。栽到奇點(diǎn)，就時(shí)空都不存在。還有時(shí)間凍結(jié)，是指相對(duì)論所描述的、不同系統(tǒng)里頭的時(shí)空不一樣，空間會(huì)縮短，時(shí)間會(huì)變慢。
中國一句老話，山中方七日，世上幾千年，神仙一盤棋還沒下完，人間幾千年過去了，這是神話，可相對(duì)論告訴我們，真可能有這樣的事。飛往黑洞的飛船，里邊的時(shí)間會(huì)越來越慢。真的到達(dá)黑洞視界表面的時(shí)候，時(shí)間慢到了無窮大，所以地球上的人永遠(yuǎn)也看不到飛船是怎么到視界，怎么進(jìn)黑洞的。假設(shè)這個(gè)畫面要往地球上傳，要傳無窮長的時(shí)間才能傳到——就是永遠(yuǎn)傳不到。叫做“時(shí)間凍結(jié)”。
還有，恒星是旋轉(zhuǎn)的，恒星變成黑洞是塌縮的結(jié)果，一塌縮，轉(zhuǎn)速就要加快，這是物理學(xué)的角動(dòng)量守恒原理。黑洞極端的時(shí)候會(huì)達(dá)到每秒鐘五千轉(zhuǎn)。這種高速轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使它周圍的時(shí)空被拖拽著一塊旋轉(zhuǎn)，這就是時(shí)空旋轉(zhuǎn)效應(yīng)——注意不是什么東西在轉(zhuǎn)，是整個(gè)時(shí)空在轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在已經(jīng)探測到這個(gè)現(xiàn)象。
黑洞已經(jīng)找到了
那么，這些理論真的可靠嗎？現(xiàn)在天文探測已經(jīng)回答了這個(gè)問題。
蟹狀星云在金牛座。公元1054年，就是我們北宋仁宗的時(shí)候，歷史書有記載，當(dāng)時(shí)的宋朝人看到了天上有一個(gè)超新星爆發(fā)，恒星爆掉沒有了，剩下的東西就是這個(gè)蟹狀星云?，F(xiàn)代天文學(xué)家在它的中心部分看到了一個(gè)中子星。
黑洞也探測到了。當(dāng)然這非常困難的，因?yàn)樵瓌t上你看不見它。天文學(xué)家不甘心，想各種各樣的辦法，目前正在用的一種方法就是探測黑洞雙星。
什么叫黑洞雙星？我們的太陽是個(gè)單身漢，它要有老伴我們地球上的生命反而活不成了，不過銀河系里的恒星大多數(shù)是一對(duì)一對(duì)的，是雙星。如果其中一個(gè)又亮又大，我們用望遠(yuǎn)鏡看得見，旁邊那個(gè)已經(jīng)變成黑洞，跟亮星互相繞著轉(zhuǎn)，那么它強(qiáng)大的引力場會(huì)把同伴星的物質(zhì)吸引過來，高速旋轉(zhuǎn)。高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，一定會(huì)發(fā)出強(qiáng)勁的X射線。那好了，我們探測什么地方發(fā)出X射線，進(jìn)一步考察那里是不是一對(duì)雙星，再推是不是存在黑洞。
70年代以來，以美國、歐洲為主，發(fā)射了一系列的衛(wèi)星專門探測X射線，現(xiàn)在一共找到15萬個(gè)X射線源，當(dāng)然不一定都有黑洞。人類探測到的第一個(gè)黑洞是天鵝X-1，位于天鵝座。雙星旋轉(zhuǎn)的周期是5.6天轉(zhuǎn)一圈，相距三千萬公里?？吹靡姷氖且活w九等星，X射線是黑洞外圍高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電子發(fā)出來的，離我們八千光年。整個(gè)七十年代，一共發(fā)現(xiàn)四個(gè)黑洞，國際天文學(xué)界戲稱“黑洞四人幫”。一直找到現(xiàn)在，也就發(fā)現(xiàn)了十來個(gè)黑洞。
遙遠(yuǎn)的M100星系，在后發(fā)座，1979年的時(shí)候觀測到里面一個(gè)超新星爆發(fā)，到了2010年的11月份，發(fā)現(xiàn)這里有一個(gè)黑洞，是超新星爆發(fā)以后形成的，也就是說這個(gè)黑洞誕生才20來年，是已知最年輕的黑洞——好多媒體都誤解了，你不要以為這個(gè)黑洞是現(xiàn)在形成的，它是五千萬年以前形成的，因?yàn)樗嚯x地球是五千萬光年。
除了恒星超爆以后形成的黑洞，還有更大的黑洞。現(xiàn)在基本上認(rèn)為星系中央普遍存在巨型黑洞。像銀河系中心的巨型黑洞，質(zhì)量比太陽大260萬倍，視界半徑760萬公里，這個(gè)已經(jīng)很明確地探測到了。
爭論
索恩VS霍金——時(shí)間機(jī)器之爭
白洞(white hole)是由科學(xué)的對(duì)稱性引申出來的一種猜想。對(duì)稱性是當(dāng)代物理學(xué)最重要的中心思想之一。那么根據(jù)對(duì)稱性，把黑洞反過來就是白洞。
白洞是黑洞的時(shí)間反演。白洞也有視界和奇點(diǎn)。所有物質(zhì)、能量和信息都不能進(jìn)入白洞的視界，只能從視界內(nèi)部逃逸出來。白洞是宇宙中的噴射源。白洞的奇點(diǎn)里藏匿著無窮盡的物質(zhì)。迄今為止，沒有任何物理理論能夠給出像黑洞形成機(jī)制那樣的形成白洞的機(jī)制，也從來沒有在實(shí)際的天文觀測中發(fā)現(xiàn)具有白洞特征的任何天體或天文現(xiàn)象。迄今為止，白洞只是理論上的一種猜想。
那么蟲洞（Wormhole），就更奇妙。做個(gè)比喻，一個(gè)蘋果，里邊有蟲子，在你看不見的地方，蟲子拱出來的那個(gè)洞、那個(gè)隧道，就是蟲洞。它連著黑洞的奇點(diǎn)跟白洞的奇點(diǎn)，是某種神秘的通道。掉進(jìn)了黑洞，順著這個(gè)通道到白洞，一下子又噴出來了，就是這樣一種猜想。
科幻小說里面經(jīng)常會(huì)提到時(shí)間機(jī)器，人這頭進(jìn)去是現(xiàn)代，那頭冒出來也許是古代也許是未來。以前，關(guān)于時(shí)間機(jī)器的幻想都是沒有科學(xué)根據(jù)的，因?yàn)檫@些科幻作品主要描寫的是超光速飛行。光不是一秒30萬公里嗎，我這飛行器速度比光還要快，我往前追，總有一天跑到秦始皇那個(gè)年代去，等著瞧他怎么焚書坑儒?？墒沁@個(gè)東西被相對(duì)論所否定，因?yàn)槿魏物w行不可能超光速。出現(xiàn)蟲洞的說法后，情況有所變化。
美國當(dāng)代著名的天體物理學(xué)家索恩（Thorne）寫了兩篇介紹蟲洞的文章，說有了蟲洞，有可能實(shí)現(xiàn)時(shí)間機(jī)器，跑到古代或未來。他舉例說，地球距織女星是26光年，這是在四維的宇宙時(shí)空里。如果地球旁邊有一個(gè)黑洞，這個(gè)黑洞的奇點(diǎn)與另一個(gè)白洞的奇點(diǎn)由蟲洞連接著，而白洞卻在織女星旁邊。設(shè)想一艘飛船掉進(jìn)黑洞以后，通過蟲洞，從織女星旁邊的白洞又冒出來，那也許一天或者兩個(gè)鐘頭就完成了。在這里等著看26年來地球上發(fā)生的事情，就等于回到了從前。
注意索恩寫的不是科幻文章，而是嚴(yán)肅的科學(xué)文章，他依據(jù)的還是廣義相對(duì)論。但相對(duì)論所描述的蟲洞不在現(xiàn)實(shí)的四維時(shí)空里，而在所謂的“超空間”里頭。超空間在哪里？連愛因斯坦也說，我們?nèi)祟惸芤庾R(shí)到的空間都是現(xiàn)實(shí)空間，超空間只有理論描述，只能意會(huì)不能言傳。
索恩的好朋友霍金卻不同意他的說法?；艚鹫f，超空間里的蟲洞，按照相對(duì)論，存在的時(shí)間極短，出現(xiàn)了馬上就沒了，這個(gè)時(shí)間是10的負(fù)十幾次方秒，短到連一眨眼都形容不了，飛船想要飛過去是不可能的。任何企圖穿過蟲洞的事物，不等你冒出來，蟲洞就關(guān)閉了，還是死在那里頭了。而且按照相對(duì)論，蟲洞內(nèi)部有負(fù)壓力，蟲洞直徑越小，壓力越大，那么你要想飛船安全的話，就要把直徑做得很大。比如說蟲洞直徑要有1光年那么大，飛船才能安全通過，這有可能嗎？
但是索恩并沒有放棄。他說未來的人類也許會(huì)有高超的技術(shù)，能讓飛船能發(fā)出一種具有負(fù)能量的物質(zhì)——存在強(qiáng)大的斥力，把蟲洞長時(shí)間地?fù)巫?，飛船不就過去了嗎？
霍金還是否定他?；艚鹫f你怎么著也不行，因?yàn)槲锢矶刹辉试S有時(shí)間機(jī)器，所謂時(shí)間，只能向前不能向后，任何事物總是前因后果，歷史不能被破壞。不管你想制造、運(yùn)用什么樣的時(shí)間機(jī)器，總會(huì)有某種規(guī)律使你不能成功。你要問什么規(guī)律？誰也不知道。西方人也許會(huì)認(rèn)為冥冥之中有上帝。這就是霍金跟索恩，兩位當(dāng)代的大物理學(xué)家彼此都不能說服的爭論。
最后索恩說了一句比較中肯的話，他說在物理學(xué)深刻認(rèn)識(shí)量子引力理論之前，我們誰也不能下結(jié)論。量子引力理論就是將量子力學(xué)跟相對(duì)論統(tǒng)一起來的新物理理論，愛因斯坦的后半生孜孜以求但沒有做出來，直到現(xiàn)在，全世界那么多物理學(xué)家，誰也沒有做出來。
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