研究揭示虫洞相撞的奇异现象与后果

近期，一项基于广义相对论的三维数值模拟研究揭示了两个虫洞相撞后的奇妙结果。研究成果于26年10月9日发布在预印本平台。虫洞的概念多源于科幻作品，想象中它们是连接宇宙中遥远地点的隧道，进入虫洞便可迅速到达数万光年之外。然而，这并非纯粹的幻想，它是爱因斯坦广义相对论所自然推导出的一个可能性；既然引力可以弯曲时空，那么理论上也能够将两个遥远的时空点通过一条隧道连接起来，这便是虫洞的基础构想。

虫洞并非一概而论。最早的爱因斯坦-罗森桥实际上是不可穿越的，一旦任何物质试图跨越，通道便会坍缩，根本无法完成穿越。后来，科学家们推出了埃利斯-布隆尼科夫虫洞模型，这类虫洞则借助一种假想的特殊力场维持通道的稳定，防止其坍缩，使物质得以穿行。这种可穿越的虫洞虽然令人振奋，但其极度的不稳定性也是不可忽视的，即便是微小扰动都会导致通道的崩塌或膨胀，因此，两个虫洞相遇后会发生怎样的情形，引发了天文学家的好奇。

在本次研究中，科学团队应用数值相对论的方法，模拟了不同情况下的两颗埃利斯-布隆尼科夫虫洞。它们被设置在不同的初始距离之下，可能是远离或者近距离相撞，且所支撑的力场性质也有相同或相反的情况。研究的结果出乎意料，虫洞相撞后的表现远比简单的合并或分开来得复杂。

研究表明，当两个虫洞所依赖的力场性质相同的时候，它们实际上会相互排斥，反之则会吸引对方。当两个相斥的虫洞擦肩而过时，它们不会碰撞，而是在最近距离时轻微接触。这次接触将导致虫洞的喉部瞬间扩大，同时向外发出强烈的引力波，越接近引发的强度越大。这个过程瞬时而迅速，留下的是短促的脉冲信号，接触后虫洞便各自分开，回归独立的演化。

如果两个虫洞相互吸引相撞，则局面变得更加奇特。它们不会合并成一个更大的虫洞，依照相对论的法则，时空连接的方式无法随意改变，因此两条通道不能并为一体。相反，虫洞外会形成一层类似黑洞边界的时空外壳，包裹住它们，远观则呈现出一个黑洞的样子。而在这一外壳内部，两个虫洞的通道暂时仍然是开放的。接着，情况反转，与黑洞行为截然相反的是，这层外壳的面积逐渐减少，曾经最大时缩小幅度达到28%。黑洞有其面积定律——表面积只会增加，而虫洞所需的负能量力场使得外壳在吞噬负能量时收缩，这并非推翻物理定律，而是特殊场景不满足此定律的条件。

最终，整个系统会继续收缩，向着一个常规黑洞靠拢。那么，虫洞碰撞产生的引力波信号与黑洞相撞时有何不同？核心的区别在于，黑洞碰撞通常具有漫长的前奏，而虫洞则没有。在两个黑洞相碰前，会绕彼此旋转许多圈，频率和振幅逐渐增大，最终发生碰撞，形成我们熟知的引力波波形。然而，虫洞却不具备这样的逐渐推进特征，原因有二：其一是虫洞的生命周期极短，即使是质量为太阳30倍的虫洞，其存在时间也只有几毫秒，而超大质量虫洞的寿命也不过3.5天，无法缓慢靠近；其次，虫洞发出的负能量波动不仅不消耗轨道能量，反而将它们推得更远，所以它们在出生后要么立刻撞上，要么擦肩而过，根本不会经历缓慢靠拢的过程。因此，虫洞碰撞的引力波信号都是瞬发型的，没有持续升高的前奏。

除此之外，虫洞碰撞还伴随一种与引力波特性不同的空间波动，这是普通黑洞碰撞所不具备的特征。当前，我们能否探测到此类信号呢？研究者表示，如果虫洞是在宇宙早期形成的，碰撞产生的信号可能因为宇宙膨胀而极度拉长，频率降低，现有地面引力波探测器及未来的空间探测器均无法侦测。除非虫洞是在宇宙诞生较晚时形成的，然而目前我们尚未发现任何自然机制能够实现这一点。

尽管如此，这项研究仍然意义深远。引力波数据库中有不少短脉冲信号尚无明确解释，之前我们认为它们是黑洞特异性碰撞导致的。如今我们明白，虫洞碰撞也能够留下类似的证据，因此如果未来我们测得没有前奏的短脉冲信号，且带有特有波动特征，有可能便是人类首次捕捉到虫洞存在的证据。需要注意的是，这一切依然处于理论计算阶段，虫洞的可穿越性建立在负能量力场之上，而此类场是否真实存在，科学界尚无定论。然而，这项研究为我们提供了一把测量标准：如果宇宙中真的存在虫洞，它们碰撞后的样貌与信号将是如何的。未来，随着探测器技术的发展，我们将能够利用这一标准在宇宙的背景噪声中寻找这一最奇妙的现象。