《解密黑洞與人類未來》：蟲洞有可能存在嗎？

人類史上第一張黑洞照片在2019年4月公開，這個超大質量黑洞位於M87星系，比太陽大65億倍。
「我們窺探宇宙，在距離我們五千萬光年遠的地方，看到了黑洞。」事件視界望遠鏡主席法爾克的演講開場看似輕描淡寫，背後承載的卻是無人知曉的曲折艱辛。

《解密黑洞與人類未來》作者法爾克任職於荷蘭奈梅亨拉德堡德大學，在修讀博士學位時立下拍出黑洞照片的遠大目標，最初沒人相信他可以成功。他花了近二十年遊說歐洲研究議會，整合全球兩百多位科學家一同投入，將夢想化為可能。（編按）

文／海諾．法爾克 Heino Falcke

我小時候和父母住在一大棟公寓裡。公寓後方的庭院有一個沙坑和一小片草地，整個庭院由堅不可摧的牆圍住。我很想知道牆的另一邊有什麼，因此終於忍不住開始用指甲和棍子在石板之間挖了一個洞。對我的小手來說，這是極其艱辛的工作。我趁著大人沒注意的時候祕密進行了幾個月。洞漸漸變大，但我一直沒有成功穿牆，那堵牆實在太堅固了。

後來我大到可以上學了，忽然能夠探索牆後的世界——因為學校正好在牆後。那個過去未知的神祕領域，不需要穿過牆，只要離開後院，繞過房子，然後穿過一道大門，就能夠抵達。有時我們就是得多點耐心，等長大以後才能瞭解直接穿牆並不是正確的道路，而正確的道路需要繞點路。

直到現在，我對於牆和邊界仍有股同樣的好奇心。另一邊有什麼？我們能突破自己的極限嗎？我們有辦法繞過黑洞的黑暗之牆嗎？在事件視界的某處會不會有個缺口，讓我們可以窺視裡面，或甚至繞進去嗎？

愛因斯坦在1935年與助理羅森（Nathan Rosen）討論黑洞內側的情況時，也問了同樣的問題。就數學上來說，方程式也容許與黑洞相反的天體，稱為白洞，東西只出不進。讓事情更加複雜的是，理論上白洞與黑洞有可能藉著一條「橋」相互連接，於是就有了東西從黑洞進去，再從白洞出來的可能。

在物理學上，這個架構後來稱為「愛因斯坦－羅森橋」（Einstein-Rosen Bridge）。不過在五〇年代，普林斯頓教授惠勒透過一點聰明的行銷技巧，把這個假設性的結構重新命名為「蟲洞」（wormholes），此舉讓好幾代的科幻作家十分歡喜。根據愛因斯坦和羅森的建構，逃離黑洞不僅是可能的，蟲洞也能夠連接宇宙中相距遙遠的兩個區域，因而比光速更快的旅行也成為可能。甚至是穿越時間、拜訪另一個宇宙，也變得可以想像。

但是，數學上可能的事情，就是真的嗎？數學是一種抽象的敘述方法，是科學領域的神話，能夠描述真實經驗，也能夠同樣精采的描述神奇的幻想生物。存在於數學中的事物可能會存在於現實，但不是必然。而物理學家賴以維生的工作就是，區分可能與真實。

對於白洞和蟲洞，我們也面對同樣的問題：數學上兩者看似真實，但在物理上真的有意義嗎？我們還未找到宇宙間存在著蟲洞的線索。在產生M87*的影像時，我們的確曾稍微考慮了一下那有沒有可能是個蟲洞，但它的大小並不符合預測。

讓事情更加棘手的是，蟲洞在數學上並不穩定，如果物質從裡面穿過，蟲洞會塌縮——至少根據理論是如此。為了避免蟲洞塌縮，必須發明一種可以產生反重力的新物質型態。反物質本身不符合這項要求，因為反物質和普通物質一樣，遵循同樣的重力定律。如果把反物質拋到空中，它也會落回地上——除非它在那之前就先發出一陣耀眼的毀滅性光芒，連同物質一起自我摧毀。

另一個問題是，就我們所知，能讓東西穿過的蟲洞無法自然形成。我們只能自己建造一個。對某些很有創造力的理論家來說，這不是問題，諾貝爾獎得主索恩（Kip Thorne）在《紐約時報》上宣稱：「既然我們對非常高級文明擁有的技術和材料完全沒有概念，我們物理學家就擁有無限的自由來建造可供穿越的蟲洞模型。」我對此持懷疑態度。即使蟲洞有可能存在，可是理論上也還無法保證它真的能實現所有神奇的特質。但我們仍可以抱持夢想。

●本文摘選自天下文化出版之《解密黑洞與人類未來》，未經同意禁止轉載。