蟲洞謎團——穿越時空、打開另一個全球的大門
穩定而可穿行的蟲洞
一個可穿行的蟲洞應該滿足下面幾個條件:
1)蟲洞是穩定的，或者至少可以存在很長時問，而不能像史瓦西蟲洞那樣，還沒等物質傳過去，它就關閉了;
2)蟲洞內部不含有事件視界，這樣物質才可以自由地雙向穿行;
3)穿過蟲洞得在有限時間內完成。
另外，如果人要駕駛星空飛船穿過蟲洞，蟲洞內部潮汐力的加速度得足夠小，至少得小於人體所能承受的加速度(大約相當於重力加速度的10倍)。1988年，索恩和他的學生麥克·莫里斯詳細地探討了這種蟲洞。根據愛因斯坦的引力方程，他們發現這種蟲洞如果存在的話，其內部必須存在平均能量密度為負數的物質(下面把它稱為“奇異物質”)。
這種奇異物質並不是十分的古怪，事實上我們在實驗室中就可以產生它。例如，真空中彼此平行的兩片金屬板之間將會存在一種吸引力。因為真空並不是真的空，而是充滿了能量的漲落。能量的漲落會產生虛粒子，不過金屬板之間只能裝下特定波長的虛粒子，這樣就會導致金屬板之間的真空能量比其他正常空間裏的能量低。真空是平均能量為零的空間，這樣金屬板的空間就是平均能量為負的空間了。金屬板之間的物質就可以認為是具有負能量的奇異物質。如果這樣的奇異物質貫穿到蟲洞之中，蟲洞就有足夠的時間保持開放狀態讓物質通過。
在高維全球打開蟲洞
雖然我們可以利用金屬板之間產生一些奇異物質，但那是十分稀少的。而要撐開蟲洞，則需要很多奇異物質。撐開一個半徑為1釐米的蟲洞，需要相當於一個地球質量的奇異物質;撐開一個半徑為1千米的蟲洞，需要相當於一個恆星質量的奇異物質;撐開一個半徑為1光年的蟲洞，需要大約銀河系發光物質總質量100倍的奇異物質。另外，如果能讓一艘載人星空飛船穿過的話，蟲洞內部的潮汐力引起的加速度不能太大。經過計算發現，人類能承受的蟲洞，其半徑至少要大於1光年。
我們完全不知道怎麼產生那麼多的奇異物質。看來，利用奇異物質來打開蟲洞並進行星際旅行，難度很大。
不過換一個角度來想，可穿行的蟲洞真的必須要有奇異物質嗎?
在2002年，一些物理學家發現，高斯一波涅引力理論下的蟲洞可以不需要奇異物質就可以保持打開狀態，甚至它可以不需要任何物質就可以保持打開。高斯一波涅引力理論本來是一種把高維空間加人到廣義相對論中的理論，它把我們的全球描述為一個四維時空的島，或者一種“膜”，漂浮在更高維的時空中。而蟲洞則可以把不同的“膜”全球連接起來，而且它不需要任何物質就可以穩定地存在。
如果這種微小的蟲洞誕生在星空早期的話，那麼它很有可能會因星空的暴脹(星空誕生之後所經歷的一種劇烈的膨脹)而變得足夠大，直到天文學尺度。
從蟲洞裏回到過去
蟲洞不僅可以快速到達星空另一個區域，或者是另一個星空，而且它還可以用來作為時間機器回到過去。例如，一個洞口如果相對另一個洞口高速運動時，蟲洞就會變成時間機器。根據相對論引起的效應，兩個洞口的時間將會不一樣，這樣你就可以穿過蟲洞回到過去。下面來舉個例子説明。
一個人在地球上創造了一個蟲洞，他把一個洞口放在他家裏，另一個洞口放在一個星空飛船上。他可以帶着這個洞口坐着飛船去星空溜達一圈回到地球。根據相對論我們知道，跑得越快，時間流逝得越慢，所以對於他來説這個過程可能只過了12個小時，但是地球上卻已經過了10年。那時他的家可能不復存在了。但他如果從飛船的蟲洞望過去，會發現洞口另一端仍是那個他剛離開時的地球。所以他完全可以爬進蟲洞，回到10年前的地球，也就是説他可以利用蟲洞回到過去!(不過我們也注意到，他是無法回到蟲洞創造以前的時刻，所以他不可能回到第二次世界大戰前幹掉幼年的希特勒。)
所以説蟲洞在某些情況下是可以成為時間機器的，它可以創造出一個可返回到過去的時問圈。時間圈的正式名稱叫做封閉類時曲線，而蟲洞則是能產生封閉類時曲線的一種。
時間旅行的悖論
接下來面對的問題是，星空允許時間機器存在嗎?一個很顯然的問題是，任何物體穿過可回到過去的蟲洞後，會不可避免地破壞因果關係併產生悖論。例如著名的“祖父悖論”:有人穿過蟲洞回到過去殺掉自己的祖父，從而阻止了自己之後的出生，這樣自己就從來沒有出生子因此也就無法回到過去殺掉自己的祖父。
不過祖父悖論還存在着一個問題，那就是人是否真的具有自由意志:當作一個人，我有沒有決定自己命運的能力?當我回到過去時，真的有能力殺掉自己的祖父?當我準備舉刀刺向祖父時，會不會有一種無形的力量阻止我這麼做呢?
自由意志問題，本來比時間機器更加令人困惑。所以為了避免這樣的問題，我們可以去研究由非生命物體所產生的悖論，然後嘗試來解決這個悖論。
消除悖論的假想實驗
例如考慮一個枱球從某個地點進人蟲洞的一個入口，回到過去並從另一個洞口飛出，然後正好撞到原本的自己，使得原本的枱球改變了方向，從而使它無法進人蟲洞然後回來打到自己。
這種情況與祖父悖論類似，都是回到過去改變了古代，併產生邏輯不通的問題。如何解決這種問題呢?本來很簡單，如果我們能找到一種邏輯自洽(即根據邏輯推理可證明自身存在的合理性，並且不會產生矛盾和錯誤)的結果，並滿足一切的物理定律，就可以消除這種悖論。注意到枱球是經典的物體，它有着確定的位置和速度，所以枱球只需要滿足經典物理學定律。
索恩和他的學生在1988年詳細探討了這種枱球問題。經過一番努力，他們發現在初始條件不變的情況下，確實存在滿足經典物理學定律的並且邏輯自洽的結果。具體地説，這個枱球還是按照原本的路線飛向蟲洞的一個洞口，不過會在途中被另一個枱球輕微地撞到(我們之後會看到它是這個枱球未來的自己)，然後路線將會出現輕微的偏離，它進人蟲洞回到過去並從另一個洞口飛出，因為它的路線已經出現輕微的偏離，所以它並不會像上面的例子那樣猛烈地撞到原本的自己，而是輕微地撞到。這種過程就是完全邏輯自洽的，悖論消除了。
需要注意的是，這裏輕微地碰撞具體有兩種情況，一個是碰撞原本的枱球一邊，另一個是碰撞原本的枱球另一邊。也就是説存在兩種邏輯自洽的軌道。
這是一個令人震驚的結果。因為在沒有時間機器的星空中，初始條件不變的情況下，根據經典物理理論，枱球運動的軌道有且只有一種軌道。而時間機器的出現打破了這種經典物理學中的確定性。另外，在某些其他的初始條件下，時問機器還可以使得枱球具有無限多個不同的軌道，而不只是兩種。
那麼這意味着什麼?如果你瞭解量子力學的話，那麼這就不足為奇了。量子力學與經典物理學大為不同，在相同的初始條件下，它會得出要所要發生事情的概率，而不是確定的事情。如果用量子力學的眼光來看前面的枱球實驗，那麼枱球開始飛向蟲洞時，它將有一定的概率選擇其中的一條軌道，有一定的概率選擇另一條軌道。(如果你做一次枱球實驗，只能得到其中的一個結果。多次做實驗就會發現，一些球會選擇其中的一條軌道，一些球會選擇另一條軌道。)
看樣子悖論好像可以消除，那麼星空中真的會允許蟲洞變成時間機器嗎?
我們知道描述引力的廣義相對論與量子力學是不兼容的，不過可以使用一些半經典的辦法來研究引力
這是一個令人震驚的結果。因為在沒有時間機器的星空中，初始條件不變的情況下，根據經典物理理的一些量子效應。索恩等一些物理學家發現，如果把量子效應考慮進去的話，就會發現，在蟲洞在形成時間機器的瞬間，總會有一束真空漲落反覆地穿過它，最後真空漲落變得異常強烈，從而破壞掉蟲洞，來阻止時間機器的形成。斯蒂芬·霍金把這種阻止時間機器形成的機制稱為“時序保護猜想”。時序保護猜想會阻止任何形式的時問機器(包括蟲洞)的形成。
多全球中的蟲洞
那麼蟲洞真的不能變成時間機器嗎?別急，還有一種辦法可以挽救。1991年英國物理學家大衞·多伊奇提出，可以利用多全球診釋的觀點，來拯救時間機器。其中，多全球診釋是一種有別於傳統的診釋量子力學的理論。
傳統的量子詮釋認為在測量之前，一個微觀粒子可以同時處在各種狀態，這種狀態稱為疊加態，物理學家可以用稱之為波函數的工具來描述。你一旦進行測量，疊加態就會被破壞，粒子就會變為唯一的一種狀態。而多全球診釋認為，一個粒子在任什麼時候候都處在疊加態之中，粒子的每一狀態都處在多個子全球中的一個。在測量前，這些子全球彼此能影響對方，所以我們能觀測到它處在疊加態。一旦進行測量，每個子全球就會變得彼此不相干了，無法感知對方，所以你只能看到一個結果，但粒子仍然處在疊加態之中。
多全球詮釋不僅適用於微觀粒子，事實上任何事物都是如此。比如你選擇去買哪種水果來吃，你就會產生許多個彼此不相干的子全球。你在這個子全球中選擇了蘋果，你在那個子全球中選擇了香蕉。你只能感知其中的一個子全球，無法感知其他的子全球。
除了那些微觀粒子的子全球可以彼此感知，其餘的子全球是不通的。你從來就沒有看到過另一個子全球中的你。那麼我們真的就不能進人另一個子全球了?
多伊奇指出，蟲洞成為時間機器之後，連接的並不是同一個全球，而是不同的子全球。這樣你穿越蟲洞回到的是另一個子全球，那裏可能與我們的全球大為不同，可能小行星並未撞擊地球，三角龍仍是全球主宰，或者可能德國納粹首先研製出原子彈等等。多伊奇發現，穿越蟲洞回到另一個子全球的好處是，不僅祖父悖論不會出現，而且那個真空漲落也不會在蟲洞裏變得異常之大。可以説，蟲洞也許可以打開通往另一個全球的大門。
但是，蟲洞在今天仍是一個理論名詞，要找到一個或者製造一個蟲洞去通向另一個全球，人類還有很長的路要走。