星际捷径
一个无底深渊怎能成为星际飞行的捷径呢?原来按照爱因斯坦的理论，黑洞是一个时空曲率趋于无限大——也就是说，时空本身已“闭合”起来的区域。但往后的计算显示，若收缩的星体质量足够大的话，时空在闭合到某一程度之后，会有重新开敞的可能，而被吸入的物体，将可以重现于宇宙之中。只是，这个“宇宙”已不再是我们原先出发的宇宙，而是另一个宇宙、另一个时空（姑毋论这是甚么意思）。按照这一推论，黑洞的存在，可能形成一条时空的甬道（称为“爱因斯坦-罗森桥接”），将两个本来互不相干的宇宙连接起来。
这种匪夷所思的推论固然可以成为极佳的科幻素材，但对于克服在我们这个宇宙中的星际距离，则似乎帮助不大。然而，一些科学家指出，爱因斯坦所谓的另一个宇宙，很可能只是这一宇宙之内的别的区域。如果是的话，太空船便可由太空的某处飞进一个黑洞之内，然后在远处的一个“白洞”（white hole）那儿走出来，其间无须经历遥远的星际距离。把黑洞和白洞连结起来的时空甬道，人们形象地称之为“蛆洞”、“蛀洞”或“虫洞”（wormhole）。
科幻作品里常以穿越虫洞作为星际旅行的快速通道。图/envato
“蛆洞”是否标志着未来星际旅行的“捷径”呢?不少科幻创作正以此为题材。其中最著名的，是《星舰奇航记》第三辑《太空站深空 9 号》（Deep Space Nine, 1993-1999），在剧集里，人类发现了一个远古外星文明遗留下来的“蛆洞”，于是在旁边建起了一个庞大的星际补给站，成为了星际航运的聚散地，而众多精彩的故事便在这个太空站内展开。
我方才说“最著名”，其实只限于《星舰》迷而言。对于普罗大众，对于“蛆洞”作为星际航行手段的认识，大多数来自二○一四年的电影《星际效应》（Interstellar，港译：《星际启示录》），其间人类不但透过蛆洞去到宇宙深处寻找“地球 2.0”（因为地球环境已大幅崩坏），男主角更穿越时空回到过去，目睹多年前与年幼女儿生离死别的一幕。电影中既有大胆的科学想象，也有感人的父女之情,打动了不少观众。大家可能有所不知的是，导演基斯杜化.诺兰（Christopher Nolan, 1970-）邀请了知名的黑洞物理学基普.索恩（Kip Thorne, 1940-）作顾问，所以其中所展示的壮观黑洞景象，可不是凭空杜撰而是有科学根据的呢!
星际效应里的黑洞景象。图/wikimedia
那么蛆洞是否就是人类进行星际探险的寄托所在呢?
然而事情并非这么简单。我们不要忘记，黑洞的周围是一个十分强大的引力场，而且越接近黑洞，引力的强度越大，以至任何物体在靠近它时，较为接近黑洞的一端所感受到的引力，与较为远离黑洞的一端所感受到的，将有很大的差别。这种引力的差别形成了一股强大之极的“潮汐张力”（tidal strain），足以把最坚固的太空船（不要说在内的船员）也撕得粉碎。
潮汐张力的危险不独限于黑洞，方才提及的中子星，其附近亦有很强的潮汐力。 拉瑞.尼文（Larry Niven, 1938-，港译：拉利.尼云）于一九六六年所写的短篇〈中子星〉（Neutron Star），正以这一危险作为故事的题材。
尤有甚者，即使太空船能抵受极大的潮汐力，在黑洞的中央是一个时空曲率趋于无限，因此引力也趋于无限的时空“奇点”（singularity）。太空船未从白洞重现于正常的时空，必已在“奇点”之上撞得粉碎，星际旅程于是变了死亡旅程。
然而,往后的研究显示，以上的描述只适用于一个静止的、没有旋转的黑洞，亦即“史瓦西解”所描述的黑洞。可是在宇宙的众多天体中，绝大部分都具有自转。按此推论，一般黑洞也应具有旋转运动才是。要照顾到黑洞自旋的“场方程解”，可比单是描述静止黑洞的史瓦西解复杂得多。直至一九六三年，透过了新西兰数学家罗伊・卡尔（Roy Kerr, 1934-）的突破性工作，人类才首次得以窥探一个旋转黑洞周围的时空几何特性。
图/envato
旋转的黑洞
科学家对“卡尔解”（The Kerr solution）的研究越深入，发现令人惊异的时空特性也越多。其中一点最重要的是：黑洞中的奇点不是一个点，而是一个环状的区域。即只要我们避免从赤道的平面进入黑洞，理论上我们可以毋须遇上无限大的时空曲率，便可穿越黑洞而从它的“另一端”走出来。
不用说，旋转黑洞（也就是说，自然界中大部分的黑洞）立即成为科幻小说作家的最新宠儿。
一九七五年，乔.哈德曼（Joe Haldeman,1943-）在他的得奖作品《永无休止的战争》（The Forever War, 1974）之中，正利用了快速旋转的黑洞（在书中称为“塌陷体”——collapsar）作用星际飞行——以及星际战争得以体现的途径。
由于黑洞在宇宙中的分布未必最方便于人类的星际探险计划，一位科学作家阿德里安.倍里（Adrian Berry,1937-2016）更突发奇想，在他那充满想象的科普著作《铁的太阳》（The Iron Sun, 1977）之中，提出了由人工制造黑洞以作为星际转运站的大胆构思。
要特别提出的一点是，飞越旋转黑洞虽可避免在奇点上撞得粉碎，却并不表示太空船及船上的人无须抵受极强大的潮汐力。如何能确保船及船员在黑洞之旅中安然无恙，是大部分作家都只有轻轻略过的一项难题。
此外，按照理论显示，即使太空船能安然穿越黑洞，出来后所处的宇宙，将不是我们原先出发的那个宇宙;而就算是同一个宇宙，也很可能处于遥远的过去或未来的某一刻。要使这种旅程成为可靠的星际飞行手段，科幻作家唯有假设人类未来对黑洞的认识甚至驾驭，必已达到一个我们今天无法想象的水平。
然而，除了作为星际飞行途径，黑洞本身也是一个怪异得可以的地方，因此也是一个很好的科幻素材。黑洞周围最奇妙的一个时空特征，就是任何事物——包括光线——都会“一进不返”的一道分界线，科学家称之为“事件穹界”（event horizon）。这个穹界（实则是一个立体的界面），正是由当年史瓦西计算出来的“史瓦西半径”（Schwarzschild radius）所决定。例如太阳的穹界半径是三公里，也就是说，假若一天太阳能收缩成一个半径小于三公里的天体，它将成为一个黑洞而在宇宙中消失。“穹界”的意思就是时空到了这一界面便有如到了尽头，凝顿不变了。
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简单地说，穹界半径就是物体在落入黑洞时的速度已达于光速，而相对论性的“时间延长效应”（time dilation effect）则达到无限大。对太空船上的人来说，穿越界面的时间只是极短的顷刻，但对于一个远离黑洞的观测者，他所看到的却是：太空船越接近界面，船上的时间变得越慢。
而在太空船抵达界面时，时间已完全停顿下来。换句话说，相对于外界的人而言，太空船穿越界面将需要无限长的时间!
无限延长的痛苦
了解到这一点，我们便可领略波尔.安德逊（Poul Anderson, 1926-2001）的短篇〈凯利〉（Kyrie, 1968）背后的意念。故事描述一艘太空船不慎掉进一个黑洞，船上的人自是全部罹难。但对于另一艘船上拥有心灵感应能力的一个外星人来说，情况却有所不同。理由是她有一个同样拥有心灵感应能力的妹妹在船上，而遇难前两人一直保持心灵沟通。由于黑洞的特性令遇难的一剎（太空船穿越穹界的一剎）等于外间的永恒，所以这个生还的外星人，毕生仍可在脑海中听到她妹妹遇难时的惨叫声。
安德逊这个故事写于一九六八年，可说是以黑洞为创作题材的一个最早尝试。
短篇〈凯利〉便是利用黑洞的特性——遇难的一剎等于外间的永恒——使生还者感受无尽的痛苦。图/envato
太空船在穹界因时间停顿而变得静止不动这一情况在阿尔迪斯一九七六年写的《夜里的黑暗灵魂》（The Dark Soul of the Night）中，亦有颇为形象的描写。恒星的引力崩塌，在罗伯特.史弗堡（Robert Silverberg）的《前往黑暗之星》（To the Dark Star, 1968）之中却带来另一种（虽然是假想的）危险。故事中的主人翁透过遥感装置“亲身”体验一颗恒星引力塌陷的过程，却发觉时空的扭曲原来可以使人的精神陷于疯狂甚至崩溃的境地。
以穹界的时间延长效应为题材的长篇小说，首推弗雷德里克.波尔（Frederik Pohl, 1919-2013）的得奖作品《通道》（Gateway, 1977），故事描述人类在小行星带发现了由一族科技极高超的外星人遗留下来的探星基地。基地内有很多完全自动导航的太空船，人类可以乘坐这些太空船穿越“时空甬道”抵达其他的基地，并在这些基地带回很多珍贵的，因此也可以令发现者致富的超级科技发明。
故事的男主角正是追寻这些宝藏的冒险者之一。他和爱人和好友共乘一艘外星人的太空船出发寻宝，却不慎误闯一颗黑洞的范围。后来他虽逃脱，爱人和好友却掉进黑洞之中。但由于黑洞穹界的时间延长效应，对于男主角来说，他的爱人和好友永远也在受着死亡那一刻的痛苦，而他也不歇地受着内疚与自责的煎熬。
故事的内容由男主角接受心理治疗时逐步带出。而特别之处，在于进行心理治疗的医生不是一个人，而是一副拥有接近人类智慧的电脑。全书虽是一幕幕的人机对话，描写却是细腻真挚、深刻感人，实在是一部令人难以忘怀的佳作。
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由于这篇小说的成功，波氏继后还写了两本续集：《蓝色事件穹界以外》（Beyond the Blue Event Horizon, 1980）及《希彻会晤》（Heechee Rendezvous, 1984）。而且两本都能保持很高的水准。
时间延长效应并非一定带来悲剧。在先前提及的《永无休止的战争》的结尾，女主角正是以近光速飞行（而不是飞近黑洞）的时间延长效应，等候她的爱侣远征归来，为全书带来了令人惊喜而又感人的大团圆结局。
七○年代末的黑洞热潮，令迪士尼（Walt Disney）的第一部科幻电影制作亦以此为题材。在一九七九年摄制的电影《黑洞》（The Black Hole）之中，太空船“帕鲁明诺号”在一次意外中迷航，却无意中发现了失踪已久的“天鹅号”太空船。由于“天鹅号”环绕着一个黑洞运行，船上的人因时间延长效应而衰老得很慢。这艘船的船长是一个愤世疾俗的怪人，他的失踪其实是故意远离尘世。最后，他情愿把船撞向黑洞也不愿重返文明。
比起史提芬.史匹堡（Steven Spielberg, 1946-）的科幻电影，这部《黑洞》虽然投资浩大，拍来却是平淡乏味，成绩颇为令人失望。除了电影外，科幻作家艾伦.迪安.霍斯特（Alan Dean Foster, 1946-）亦根据剧本写成的一本同名的小说。
