时空中的捷径
在广义相对论中，质量和能量会使时空弯曲。在一张纸的两端各点一个点，把纸对折让两点重合再戳个洞，就得到一条比沿纸面走短得多的路。虫洞就是这样一种带有“喉部”、在弯曲时空中连接两个遥远区域的结构。1935年，阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森在研究黑洞解时发现了连接两个区域的桥状结构，称为“爱因斯坦-罗森桥”。“虫洞”一名由美国物理学家约翰·惠勒于1957年提出，比喻虫子不绕苹果表面爬行而是直接从内部钻过去。但20世纪60年代的研究表明，这种最初的“桥”会迅速闭合，连光都无法通过。
可穿越虫洞与时间旅行
1988年，加州理工学院的基普·索恩和迈克尔·莫里斯计算了人类能够穿过的“可穿越虫洞”所需的条件。结论是需要一种具有负能量密度的“奇异物质”撑住喉部，防止其坍缩。量子力学中的卡西米尔效应等现象确实会出现极少量的负能量，并已被实验证实，但目前不知道如何聚集足以支撑虫洞的量。计算还表明，如果把虫洞的一个口以接近光速移动后再带回来，两个口之间会产生时间差，使其成为通往过去的“时间机器”。1992年，斯蒂芬·霍金提出“时序保护猜想”，认为自然法则会阻止这种时间旅行。索恩后来担任2014年电影《星际穿越》的科学顾问，片中虫洞和黑洞的画面就基于他的计算。
ER=EPR与量子计算机实验
2013年，胡安·马尔达西那和伦纳德·萨斯坎德提出“ER=EPR”猜想：虫洞（ER，爱因斯坦-罗森）与量子纠缠（EPR，爱因斯坦-波多尔斯基-罗森）可能是同一现象的两面，相互纠缠的两个黑洞或许由虫洞相连。这被视为统一量子力学与引力研究中的重要线索。2022年，《自然》发表了一项在谷歌量子处理器上模拟“可穿越虫洞”动力学的实验，引起轰动，但它只是在量子电路中重现了基于全息原理的数学模型，并没有在真实时空中造出虫洞。宇宙中从未观测到虫洞，物理定律是否真正允许它存在仍是悬而未决的问题。
常见问题
- 虫洞和黑洞是一回事吗？
- 不是。黑洞是经观测证实存在的天体，而虫洞只是方程中提出可能性的假想结构。由于早期虫洞理论源于黑洞解，两者常被一起提及。
- 能用虫洞进行时间旅行吗？
- 理论上存在这样的解，但没人知道可穿越虫洞所需的奇异物质是否存在，许多物理学家认为自然会阻止回到过去的时间旅行。目前这仍属于科幻范畴。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Einstein, A., & Rosen, N. (1935). The particle problem in the general theory of relativity. Physical Review, 48(1), 73–77.
- Morris, M. S., & Thorne, K. S. (1988). Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity. American Journal of Physics, 56(5), 395–412.
- Hawking, S. W. (1992). Chronology protection conjecture. Physical Review D, 46(2), 603–611.
- Maldacena, J., & Susskind, L. (2013). Cool horizons for entangled black holes. Fortschritte der Physik, 61(9), 781–811.
- Jafferis, D., et al. (2022). Traversable wormhole dynamics on a quantum processor. Nature, 612(7938), 51–55.