本文原刊於 對話。 該出版物為 Space.com 上的文章做出了貢獻 專家之聲：專欄與見解。
蟲洞 通常被想像為穿越空間或時間的隧道──穿越宇宙的捷徑。但這形像是基於對物理學家阿爾伯特·愛因斯坦和內森·羅森的工作的誤解。
1935 年，在研究極重力區域中粒子的行為時，愛因斯坦和羅森 介紹了他們所謂的“橋樑”：兩個完全對稱的副本之間的數學關係 時空。它的目的不是作為旅行的通道，而是通往旅行的一種方式 保持一致性 引力和量子物理之間。只是後來的愛因斯坦-羅森橋才與蟲洞連結在一起，儘管與最初的想法沒有關係。
但在 新研究我和我的同事們表明，最初的愛因斯坦-羅森橋表明了一些比蟲洞更奇怪、更基本的東西。
愛因斯坦和羅森要解決的難題從來都不是關於太空旅行，而是關於量子場在彎曲空間中如何表現。以這種方式解釋，愛因斯坦-羅森橋就像時空中的鏡子：兩個微觀時間箭頭之間的連結。
量子力學在粒子等最小尺度上控制著自然，而愛因斯坦的 廣義相對論 適用於重力和時空。協調兩者仍然是物理學最深刻的挑戰之一。令人興奮的是，我們的重新解釋可能提供一種實現這一目標的方法。
被誤解的遺產
「蟲洞」解釋是在愛因斯坦和羅森的研究成果發表幾十年後出現的，當時物理學家推測從時空的一側穿越到另一側。 最引人注目的是 20 世紀 80 年代末的研究。
但同樣的分析也清楚地顯示了這個想法的推測性：在廣義相對論中，這種旅行是被禁止的。這座橋倒塌的速度比光速還快，導致無法通行。因此，愛因斯坦-羅森橋是不穩定且不可觀測的－數學結構，而不是門戶。
然而，蠕蟲的隱喻在流行文化和理論推測物理學中盛行。這個想法是 黑洞 可以連接宇宙的遙遠區域 – 甚至充當 時間機器 ——激發了無數論文、書籍和電影的靈感。
然而，沒有宏觀蟲洞的觀測證據，也沒有任何令人信服的理論理由可以在愛因斯坦的理論中期待它們。雖然物理學的推測性擴展——例如 奇異的物質形式 或者 廣義相對論的修正 – 已被提議支持此類結構，但它們仍未經過測試且高度推測。
兩個時間之箭
我們的最新工作以斯拉萬·庫馬爾 (Sravan Kumar) 和若昂·馬托 (João Marto) 提出的想法為基礎，利用現代量子時間解釋重新審視了愛因斯坦-羅森橋難題。
最多 物理基本定律 不分過去與未來，不分左與右。如果方程式中的時間或空間顛倒，定律仍然有效。認真對待這些對稱性會導致對愛因斯坦-羅森橋的不同解釋。
它不是穿越空間的隧道，而是可以理解為量子態的兩個互補組成部分。一、時間向前流動；另一方面，它從鏡像位置回流。
這種對稱性並不是一種哲學偏好。一旦無窮大被排除，量子演化在微觀層面上應該保持完整和可逆——即使在重力存在的情況下。
「橋」表達了這樣一個事實：描述一個完整的物理系統需要兩個時間分量。在普通情況下，物理學家透過選擇單一時間箭頭來忽略時間反轉部分。
但在黑洞附近，或在膨脹和坍縮的宇宙中，為了獲得一致的量子描述，必須包括兩個方向。這就是愛因斯坦-羅森橋自然產生的地方。
解決資訊悖論
在微觀層面上，橋樑允許資訊透過在我們看來是一體的東西 事件視界 – 一個不歸路。訊息不會消失；它繼續演變，但沿著相反的方向，反映了時間的方向。
該框架為著名的黑洞資訊悖論提供了自然的解決方案。 1974 年，史蒂芬‧霍金 顯示 黑洞輻射熱量，最終會蒸發，顯然會抹掉掉進黑洞的所有資訊——這與進化應該保存資訊的量子原理相矛盾。
只有當我們堅持使用外推到無窮大的單一單向時間箭頭來描述視界時，這個悖論才會出現──而量子力學本身並不需要這種假設。
如果完整的量子描述包括兩個時間方向，那麼就不會真正失去任何東西。訊息離開我們的時間方向並沿著相反的方向重新出現。完整性和因果關係得以保留，而無需引入奇異的新物理學。
這些想法很難理解，因為我們是宏觀生物，只經歷一個時間方向。在日常規模上，無序或熵往往會增加。高度有序的狀態自然會演變成無序的狀態，而不是相反。這給了我們一個時間箭頭。
但量子力學允許更微妙的行為。有趣的是，這種隱藏結構的證據可能已經存在。宇宙微波背景輻射—餘輝 大霹靂 – 顯示出微小但持續的不對稱性：相對於鏡像的空間方向的偏好。
這種異常現象讓宇宙學家困惑了二十年。標準模型賦予它的機率極低——除非包含量子鏡組件。
前一個宇宙的迴響？
這張圖自然地與更深層的可能性連結在一起。我們所說的「大爆炸」可能不是絕對的開始，而是一次飛躍──宇宙演化的兩個時間反轉階段之間的量子轉變。
在這種情況下，黑洞不僅可以充當時間運行之間的橋樑，還可以充當不同宇宙學時代之間的橋樑。我們的宇宙 它可能是黑洞的內部 在另一個宇宙中形成，父母。這可能是在一個封閉的時空區域崩潰、反沖並開始膨脹之後形成的，就像我們今天觀察到的宇宙一樣。
如果這張圖是正確的，它也提供了一種放置觀察結果的方法。暴脹前階段的遺跡——例如最小的黑洞——可能會在轉變中倖存下來並重新出現在我們不斷膨脹的宇宙中。事實上，我們認為是暗物質的一些不可見物質可能就是由這樣的遺跡所組成的。
根據這種觀點，大爆炸是從早期收縮的條件演變而來的。蟲洞不是必要的：橋樑是時間的，而不是空間的－大爆炸成為一個門戶，而不是一個開始。
這種對愛因斯坦-羅森橋的重新解釋沒有提供跨越星系的捷徑，沒有時間旅行，也沒有科幻蠕蟲或 超空間。 它提供的內容要深刻得多。它提供了一幅一致的引力量子圖，其中時空體現了時間相反方向之間的平衡，並且我們的宇宙在大爆炸之前可能已經有一段歷史。
它並沒有推翻愛因斯坦的相對論或量子物理學——而是對它們的補充。物理學的下一次革命可能不會讓我們比光更快，但它可能會揭示，在微觀世界深處和脈衝宇宙中，時間是雙向流動的。
