物理学家模拟了两个虫洞碰撞时发生的情况，结果却出乎意料地诡异

宇宙就像一片永不平静的海洋，时空的“海面”上不断荡漾着引力波的涟漪。

迄今为止，人类已经探测到数以百计的引力波事件，其中绝大多数被认为来自黑洞之间的碰撞。

可是，我们怎么确定每一次“碰撞”都真是黑洞所为？会不会有一些信号，其实来自别的“演奏者”？

如果宇宙中还存在别的天体，也能让时空“唱歌”，比如两个虫洞相撞，我们又该如何认出它来？

俄罗斯科学家最近用计算机模拟回答了这个问题的一部分，结果出人意料地古怪。从模拟结果看，大多数结局都称得上“极其怪异”。

科幻里的“时空隧道”，现实中的数学可能

这项研究由莫斯科物理技术学院的物理学家尼基塔·希罗科夫，与俄罗斯国立高等经济大学的机器学习工程师伊利亚·纳切夫斯基共同完成。

论文以预印本形式发布在arXiv平台上，尚未经过同行评审。因此，其结论仍有待学界进一步检验。

提起虫洞，许多人首先想到的是科幻作品里的星际跳跃门，或者能让飞船瞬间穿越银河的时空捷径。

但虫洞并非纯粹的幻想。它是爱因斯坦广义相对论允许的一种数学可能，广义相对论把引力描述为时空的弯曲。

Ellis-Bronnikov虫洞可能的不同命运，包括坍缩成黑洞、失控膨胀、散射以及在两个虫洞喉部周围形成共同视界。(Shirokov & Nachevsky, arXiv, 2026)

理论上，时空可以弯曲到让两个相距遥远的区域，被一条“隧道”或“喉道”连接起来，这就是虫洞。

至于宇宙中是否真的存在这样的结构，目前仍是悬而未决的问题。

大家熟悉的爱因斯坦—罗森桥，是一种无法穿越的虫洞。而这次研究的主角，是另一种模型，叫作埃利斯—布朗尼科夫虫洞。

它的特别之处在于，喉道被一种名为“幻影标量场”的假想物质撑开。这种场具有奇特的负能量性质，能阻止喉道闭合。

不过，“可穿越”并不等于“稳定”。能走过去，不代表应该走过去。

即使是一点微小的扰动，也可能打破这种脆弱的平衡。喉道要么塌缩成黑洞，要么开始失控地暴涨。

所以，如果两个这样“脾气火爆”的虫洞撞到一起，人们很自然会预期一场惊天动地的毁灭。

一次模拟，几种诡异结局

为了看清这场“烟花”究竟长什么样，研究团队对成对的埃利斯—布朗尼科夫虫洞进行了三维数值模拟。

他们不断调整两个虫洞的初始距离、运动轨迹，以及撑开喉道的幻影标量场的性质。

结果五花八门，远比预想的丰富。两个虫洞的“相处方式”，简直比人类的社交关系还复杂。

根据不同的初始条件，两个虫洞有时相互吸引，有时却相互排斥。

有些虫洞擦肩而过，彼此作用一番后各奔东西，喉道在这个过程中急剧膨胀。

另一些则径直冲向对方。但它们并没有合并成一个更大的虫洞，而是发生了更离奇的事情。

一个共同的“表观视界”在两个喉道周围形成，把它们一起包裹进一个正在成形的黑洞里。

表观视界可以粗略理解为黑洞边界的一种局部描述，和人们常说的事件视界相似。

真正诡异的一幕随后出现：这个视界竟然开始缩小。这在常规的黑洞物理中几乎是不可想象的。

随着幻影标量场落入塌缩区域，视界的面积损失了大约28%。

要知道，按照霍金在1971年提出的黑洞面积定理，黑洞事件视界的面积只能增大或保持不变，绝不会缩小。

不过，这一定理依赖于对能量行为的若干假设，而幻影标量场恰恰违反了这些假设。

再加上模拟中出现的是表观视界而非事件视界，所以这一结果并不与面积定理相矛盾。但它依然足够惊人。

虫洞的“声音”与黑洞不同

这一切和引力波有什么关系？答案就藏在虫洞运动时留下的“时空尾迹”里。

当黑洞等大质量天体彼此绕转、逐渐靠近时，它们的运动会在时空中激起涟漪，就像船只划过水面留下的尾迹。

研究发现，至少对于模型中这种有质量的埃利斯—布朗尼科夫虫洞来说，它们在运动和相互作用时同样会产生引力波。

但这些信号与双黑洞产生的信号截然不同。

两个黑洞旋近合并时，会发出一种被称为“啁啾”的标志性信号，频率和强度随着距离缩短不断升高，像一声上扬的鸟鸣。

而虫洞相遇产生的，却是短促而尖锐的引力波爆发。信号的具体形态和强度，取决于两个虫洞是正面相撞，还是擦肩而过。

有趣的是，一些距离极近的掠过事件，即使没有形成共同视界，也能产生特别强烈的引力波爆发。

当然，研究者也提醒，没有“啁啾”的引力波爆发并不能证明虫洞存在，因为黑洞在某些情况下也会产生类似信号。

2019年探测到的引力波事件GW190521就因为信号不同寻常，后来被一些研究者拿来探讨是否与奇异时空物理有关。新研究并未把两者联系起来，但它说明了提前了解假想天体“声纹”的价值。

另一个现实难题在于，如果这些虫洞形成于宇宙早期，它们发出的信号会被宇宙膨胀拉伸到极低的频率。这远远低于激光干涉引力波天文台以及计划中的LISA任务的探测范围。

要想被探测到，这类虫洞必须在宇宙历史的较晚时期形成，而科学家目前还不知道这会如何发生。

不过，宇宙总是一再给人类带来惊喜。毕竟，引力波本身在被直接探测到之前，也曾被认为几乎不可能捕捉。

假如有一天，我们真的捕捉到了一次埃利斯—布朗尼科夫虫洞相撞的信号，至少已经知道该从哪里认出它。