从本节起，我们将进入本书的最后一个专题： 虫洞物理学。虫洞(wormhole)这个朴素的术语会让人产生一些朴素的联想，比如联想到虫子在苹果上咬出的洞。它们在拓扑学上的含义也确实类似，只不过那“苹果”要换成时空，而那“虫子”有可能是我们自己。如果联想得更多一点的话，还可能由拓扑而联想到另一个层面上，那就是度量，或者说长度。苹果中的虫洞若足够直的话，是可以成为连接苹果表面两个点的捷径的——即比沿苹果表面的路径有更短的长度。物理学家希望时空中的虫洞也能如此，即成为连接两个时空区域的捷径。 那样的捷径对于时常要用自己的想象力去触碰光速极限的科幻作家来说，无疑是便利的工具和巨大的福音。不过，与科幻作家从科学概念中寻找工具的老套故事不同的是，在虫洞这一工具的问世过程中，科幻作家本身就起了一定的促进作用，这一点是足可令科幻作家们自豪的。唯一使这自豪稍稍逊色的，是那起了促进作用的科幻作家乃是业余的，或者说只是一位客串者——他的正式身份是天文学家。1985年，美国康奈尔大学(Cornell University)的天文学家萨根(Carl Sagan, 1934—1996)发表了一部很著名、并在12年后(即1997年)被拍成电影的科幻小说，书名叫做《接触》(Contact)。在这部小说中，包括女主人公在内的五位地球人(在电影中改为了女主人公一人)通过以外星智慧生物传来的信息为蓝图建造起来的装置，在无论对于他们自己还是对于其他人来说都很短的时间内，旅行到了距地球26光年的织女星(Vega)附近，与外星文明进行了接触，并顺利返回了地球。 小说中的人物是如何跨越广袤的恒星际空间的呢？聪明的萨根让他们自己进行了讨论，讨论的结果是认为他们的旅行是通过虫洞进行的。萨根并且采用了我们上面提到的有关苹果的比喻，表示——当然，仅限于他的小说之中——宇宙就像一个大苹果，我们人类生活在它的表面上，而外星智慧生物则建造了穿越苹果内部的纵横交错的虫洞，作为星际旅行的通道。 虽然只是科幻世界的客串者，但萨根所具有的天文学家与科普作家的双重身份，以及此前不久因电视科普系列片《宇宙》(Cosmos)而获得的公众知名度，使他的小说产生了巨大影响。事实上，他的小说尚未动笔就已获得了200万美元的据说是史上最高的预付稿费。而小说发表之后，他所采用的虫洞这一概念，则很快风靡科幻界，成为了其他科幻作家竞相追随的标准概念，以及星际旅行的标准手段。 在撰写小说的那段时间里，萨根住在纽约上州一栋颇具乡村风格的屋子里。周围是山丘地带，地势起伏不定，还间杂了峡谷、沟堑、悬崖、瀑布等。美国科普作家哈尔彭(Paul Halpern)在一本有关虫洞的科普作品中曾饶有兴致地罗列了那些地形，并风趣地表示那些都是诱使人们思考时空结构的理想地形。确实，在那样复杂多变的地形下，人们很少能沿直线从一处旅行到另一处，要想有快捷的旅行，就得在某些地方构建像虫洞那样的通道。不过，地形虽然理想，萨根恐怕却并未从中得到过有关时空结构的灵感，起码他小说中的虫洞概念并非受地形启发，而是另有缘由的。事实上，尽管萨根对于虫洞概念的流行甚至兴起都有着促进之功，最主要的功劳却必须归于他的一位老朋友——加州理工学院(California Institute of Technology，Caltech)的物理学家索恩。 那是虫洞物理学中的一段佳话，索恩本人曾就此写过一段回忆： 我刚刚教完1984—1985学年的最后一堂课，沉陷在办公室的椅子上让激情退去，这时电话铃声响了起来。打来电话的是我的老朋友、康奈尔大学的天体物理学家萨根。“很抱歉打扰你，索恩。”他说： “我刚刚写完一部有关人类与外星文明首次接触的小说，但却有些顾虑。我希望其中的科学尽可能地准确，可我担心自己也许会搞错某些引力理论的东西。你愿意看一下并给我一些建议吗？”我当然愿意。那将是有趣的，甚至有可能是好玩的，因为萨根是个聪明的家伙。更何况，我怎能拒绝这种来自朋友的要求呢？几星期后，萨根寄来了一叠厚厚的书稿。当时索恩正要与前妻及儿子驱车前往女儿就读的大学参加毕业典礼，便带上了书稿。一路上，索恩的前妻和儿子轮流开车，索恩自己则将书稿浏览了一遍。“小说很有趣，但萨根确实遇到了麻烦。”——这是索恩读完书稿后的感觉。为什么会有这种感觉呢？因为萨根在书稿中所设想的星际旅行是通过黑洞进行的，而在索恩这样的引力理论专家眼里那是一条死路。在参加完毕业典礼返家的途中，当车子行驶在平坦的州际公路上时，索恩开始为萨根出谋划策。经过一番思考，他想到了十几年前由他的导师、美国物理学家惠勒提出的虫洞概念惠勒不仅是索恩的导师，还曾与索恩及美国物理学家米斯纳(惠勒的另一位学生)合作撰写了有广义相对论“圣经”之称的著名教材《引力》(Gravitation)。。这一概念当时还知者甚少，但索恩无疑是例外。这一概念可以帮助萨根吗？通过虫洞有可能进行星际旅行吗？索恩当即拿出理论物理学家的看家“法宝”——纸和笔——进行了分析，并得到了一个喜忧参半的初步结果(我们将在后文中详细介绍)。尽管只是喜忧参半，比起黑洞那死路一条来终究是乐观多了。回到家后，索恩便将通过虫洞进行星际旅行的设想及初步的理论分析告诉了萨根，后者接受了他的设想，于是就有了出现在《接触》这部小说、后来的同名影片，以及许许多多其他科幻作品中的那些通过虫洞进行星际旅行的精彩故事。 在向萨根推荐了通过虫洞进行星际旅行的设想之后，索恩自己也对虫洞产生了浓厚兴趣，与他的学生莫里斯一起，开始对虫洞物理学展开认真研究，并于两年后(即1987年)发布了结果。索恩和莫里斯的研究是对虫洞结构的第一次细致研究(那之前的虫洞基本上只是一个概念)，从而堪称是虫洞物理学的开山之作。不过，索恩和莫里斯自己对他们的研究做了一个很谦虚的定位，只定位为讲授广义相对论的教学工具。这可以从他们论文的标题中看出来，那标题是“时空中的虫洞及它们在星际旅行中的应用： 讲授广义相对论的工具”(Wormhole in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity)。与这一定位相一致的是他们为论文所选的刊物： 《美国物理杂志》(American Journal of Physics)，那是一份著名的物理教学刊物。
