“虫洞”，一个令人着迷的科幻概念，通常被称为“爱因斯坦-罗森桥”，在诸多科幻巨作中频繁亮相。在那些作品中，虫洞成为实现星际旅行，甚至是瞬移的途径，穿越光速的限制。
然而在量子的微观世界，所谓的虫洞也称作量子泡沫，它们在不断的生成与消失中上演着微观剧，对怀揣星际遨游梦想的人类来说，几乎毫无实用价值，不只因其寿命短暂，还因尺度之微小，只够基本粒子通过，人体显然无法涉足。
若要打造宏观尺度的虫洞，并使其保持长久的稳定状态，关键何在？答案即是：负能量。
这里的“负能量”并非日常生活中所指的带有恶意的能量，而是一个物理学概念，是能量的反面，一种非常奇特的存在。
首先需要明确的是，负能量既非反物质，也非暗能量。反物质与正物质相遇会化作能量湮灭，但负能量并不会如此。暗能量则填充在宇宙各处，正是它推动了宇宙的膨胀。
那么，到底何为负能量？
通常认为的真空是空无一物的，这在宏观层面上是对的。但若用放大镜细看真空，你会看到那里并非一片死寂，反而热闹非凡，甚至比宏观世界更加活跃。
你会发现，真空非但不空，反而是一片活跃的量子海洋，那里，正反虚粒子对不断涌现，随即迅速消失，就如同沸腾的海面，不断涌现的“量子泡沫”。
正反虚粒子对的短暂出现意味着在极短时间内，能量并不守恒。大自然对守恒与否并不在意，只要过程足够短暂。
也就是说，虚粒子对可以通过向真空“借款”能量的方式产生，然后瞬间消失，将能量“还给”真空，只要时间足够短，大自然对此并不计较。
这也表明，真空其实蕴含了能量，也被称为“真空零点能”，理论上这是最低的能量值。只要能让“沸腾的量子海洋”归于平静，便可获得低于此最低能量值的能量，即“负能量”。
那么，我们能否获取负能量？
答案是肯定的。科学家们已经在实验中获得了负能量，尽管量很小。著名的卡西米尔效应中，我们便目睹了负能量的诞生。
实验过程并不复杂。在真空中放置两片非常薄的金属片，逐渐让它们接近，当接近到一定距离时，两片金属片会因相互吸引力而靠近，仿佛有外力在推动。
实际上，金属片外侧确实有“量子波动”造成的力在推动它们。
如前所述，真空中会上演“量子泡沫”，也就是“量子波动”，当金属片足够接近，波长会受挤压而产生，造成金属片内侧的量子波动比外侧小，于是形成“压力差”，推动金属片相互靠近，仿佛有吸引力一般。
如果我们假设真空中原有的能量密度为零，那金属片内侧的能量即为负的。
也就是说，科学家们已经在实验室中制造出负能量，但数量甚微，实用价值不大。然而，大自然早已能制造出负能量，在黑洞附近就常有负能量产生。
20世纪70年代，霍金提出“霍金辐射”理论，指黑洞附近的真空会不断衍生正反虚粒子对，随即湮灭消失。
然而，黑洞强大的引力有时会打乱这一过程。偶然情况下，衍生出的虚粒子对之一会被黑洞吞噬，另一个粒子就无法与之湮灭，转而成为纯能量，亦即实体粒子逃逸至太空。
这个粒子的能量从何而来？答案是来自黑洞，相当于黑洞自身在蒸发能量。逃逸的粒子带有能量，那么掉入黑洞的粒子就带有负能量，等同于负质量，说明黑洞的质量确实在减少。
关于负能量，我们回到虫洞话题。为何要维持虫洞稳定需要负能量？
之前提到，虫洞是连接不同时空的通道，其实就是时空的剧烈弯曲，它会在巨大引力作用下很快塌陷。
而引力由质量产生，负能量等同于“负质量”，可产生与引力相反的排斥力，利用这一特性将负能量置于虫洞周围，便能防止虫洞因引力作用而塌陷，使其保持长时间的稳定。
实际上，不仅虫洞，科幻小说和电影中常见的曲速引擎也需要负能量的帮助。
简而言之，曲速引擎通过压缩飞船前方的时空，同时扩展飞船后方的时空，从而形成一个时空“泡泡”，飞船相对于“时空泡”静止，只需让“时空泡”快速移动即可。
要持续让飞船周围的时空弯曲，就需大量负能量。
无论是虫洞还是曲速引擎，都需要巨量的负能量。那么，我们如何才能获取大量负能量，实现人类星际旅行的梦想？
实际上，负能量在宇宙中并不稀缺，大自然其实无时无刻不在制造负能量。负能量并不像我们想象的那么罕见。真正的难题是，我们需要把能量与负能量分离出来，单独提取负能量并储存。但这样做非常困难，为什么？
虽然在自然界，能量与负能量是共存的，但两者的混合状态意味着一种极端混乱的状态，也就是高熵值。而要把两者分开，相当于降低了真空的熵值。这就像，我们可以利用从真空中获得的能量（负能量）来驱动机器做工，实际上相当于利用真空能量驱动的永动机，也就是第二类永动机。这明显违反了热力学第二定律。
我们获取能量（负能量）的过程，就相当于一个普朗克长度大小的麦克斯韦妖，它可以在正反虚粒子对刚产生时，把两者分开，并带走其中一个。
而大自然的常态是，负能量必须与能量混合在一起，紧密相连。如果我们想获取更多密度更大的负能量，它存在的范围就变得很小。
以卡西米尔效应为例，当两金属片靠得越近，其中的负能量密度就越高。这意味着，利用卡西米尔效应制造出的负能量存在的范围很小，建立的虫洞可能连一个电子都无法通过，这样的虫洞就失去了实际意义。
此外，负能量与能量分离越远，我们获得的负能量就越小。这意味着，即使我们付出了巨大的能量代价，得到的负能量可能依然很小。
理论上，人类可以扮演“麦克斯韦妖”来实现能量与负能量的分离。比如，用一个盒子来捕捉负能量，我们知道负能量总是会和能量混合在一起，可以设法在负能量进入盒子后、能量进入盒子前关上盒子，实现两者的分离。
但按照热力学第二定律或者熵增原理来理解，“关上盒子”这个看似简单的动作，会生成一个相当大的能量，足以抵消刚刚分离出来的负能量，让我们白费力气。
从熵增原理来看，能量与负能量的混合体熵很高，很混乱。两者分离之后熵变低，更有序。而我们都知道，熵不会自发从高到低，要想让一个系统的熵变低，一定会释放出能量。
这就像一个杂乱无章的房间，在我们辛苦打扫后变得整洁有序，房间的“熵”降低了。但我们在打扫时一定会向周围环境释放能量，这些能量会制造更多的无序，使得熵变得更大。
总的来说，负能量并不遥不可及，甚至可以说无处不在。我们并不缺负能量，最大的问题在于如何在宏观层面获取更多的负能量，足够维持虫洞和曲速引擎的稳定。
科学家们通过计算发现，要让一个足以让人穿越的虫洞保持稳定，需要的负能量惊人，与一颗大质量行星蕴藏的能量相当，如此庞大的负能量对现今人类科技而言是遥不可及的。
这也是为何虫洞和曲速引擎科技如今只出现在科幻小说和电影中，而且在可预见的未来仍将如此。人类要想突破虫洞和曲速引擎科技，还有很长的路要走。
但无论如何，大自然并不反对虫洞和曲速引擎的存在，我们只需耐心等待。
