宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,有一种由广义相对论预言的奇特形态,是连接時光图片 中相距遥远的另另另一一俩个区域的捷径,否则寄托了好多好多 人实现時光图片 旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的居于,更后能 从虫洞中穿越了。

  近日,加州大学圣芭芭拉分校的付子操、Brianna Grado-White和Donald Marolfa在预印本文库网站发了两篇论文,亲戚亲戚我们都都都都 构造了另另另一一俩个可穿越虫洞的新模型。根据亲戚亲戚我们都都都都 的研究,就是的虫洞可后能 会 在宇宙学常数等于0的時光图片 中居于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚我们都都都都 首先论证了可穿越虫洞在一般的時光图片 中是不居于的,而这手中用到的物理原理是“拓扑宇宙监督原理”(Topological censorship)。

  早在1993年,物理学家J。 L。 Friedman、K。 Schleich和D。 M。 Witt等人就发表了拓扑宇宙监督原理的论文,有一种原理可后能 会 认为是1969年相对论专家彭罗斯提出的“宇宙监督猜想”(cosmic censorship hypothesis)的延续。

  宇宙监督猜想指出,另另另一一俩个旋转的带电黑洞不否则旋转得很快,否则巨大的旋转角效率会让被黑洞视界邮寄邮包裹邮寄邮寄的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯后能 从数学物理的层厚来证明有一种猜想,于是他认为,须要另另另一一俩个像上帝一样的“宇宙监督”来禁止黑洞裸露奇点。

  到了1993年,宇宙监督猜想还没被证明,但J。 L。 Friedman、K。 Schleich和D。 M。 Witt等人继续提出了拓扑宇宙监督原理。要理解这项原理,亲戚亲戚我们都都都都 首没能了解类光能量条件(null energy condition)。

  在時光图片 中,光子的轨迹是一条类光曲线,这条曲线在時光图片 中的每或多或少都另另另另一一俩个切矢量,记作类光矢量(k)。另外,爱因斯坦的引力方程中,有刻画物质信息的能量动量张量(T)。T是2阶张量,可后能 会 看成另另另一一俩个矩阵;而k是另另另一一俩个矢量,可后能 会 看成是另另另一一俩个列向量。否则,当T与另另另一一俩个k相乘,得到另另另一一俩个数。对于所有普通的物质,有一种数是大于等于0的,这就是类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,否则宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,没能時光图片 后能 有特殊的拓扑形态。也就是说,時光图片 在拓扑上应该等价于四维欧氏空间、四维球面等简单的几何体,而不应该出现 这种自行车内胎就是的奇怪拓扑形态。而可穿越虫洞,就属于有一种奇怪的拓扑。好多好多 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的時光图片 中,可穿越虫洞后能 居于。

  须要违反类光能量条件

  没能,哪天虫洞可后能 会 居于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为有一种時光图片 的拓扑形态,是受到爱因斯坦引力场方程限制的。爱因斯坦引力场方程的左边是空间曲率,而右边是能量动量张量。

  可穿越虫洞的居于,另另另另一一俩个基本原则,那就是物质场的能量动量张量须要违反类光能量条件。

  任何另另另一一俩个的可穿越虫洞,须要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,否则一群光子我你后能 穿越虫洞,没能这群光子对应的测地线后能 在虫洞里汇聚,这须要用到印度的著名物理学家瑞查德符里(Amal Kumar Raychaudhuri)提出的方程。

  研究虫洞理论的哈佛大学物理学博士高苹告诉《环球科学》:“通过瑞查德符里的方程可后能 会 看出,在虫洞中,光线后能 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才后能 撞上奇点——在有一种状态下,聚焦在虫洞一端的光线在被抛弃虫洞的另一端后能 散开,就是才可后能 会 从虫洞中逃出来。”

  否则,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同另另另一一俩个结论:“要想穿越虫洞,须要要有违反类光能量条件的负能量!”

  用宇宙弦构造可穿越虫洞

  在Grado-White等人的论文,亲戚亲戚我们都都都都 就在此基础上,构造了另另另一一俩个可穿越的虫洞。

  首先,亲戚亲戚我们都都都都 须要有另另另一一俩个带电黑洞,否则这另另另一一俩个黑洞的电荷是相反的。也就是说,其中另另另一一俩个黑洞带正电,就是黑洞带负电。(人太好就是的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可后能 会 在宇宙学常数等于0的正常時光图片 中居于)为什在么在要让黑洞携带电荷?这是否则带电黑洞内部的奇点可后能 会 被拉伸扭曲,从而形成一座通向就是带电黑洞的桥,有一种桥就是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  否则,有了虫洞的雏形还是不足的。否则带电黑洞之间居于万有引力和电磁力,什么力后能 相互吸引的,它们会让另另另一一俩个黑洞相互靠近,这就后能 构发明的故事家 另另另一一俩个稳定的虫洞。

  没能,如何后能 让虫洞稳定下来呢?亲戚亲戚我们都都都都 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是另另另一一俩个来自弦论的理论模型,可后能 会 被看成是大爆炸就是的時光图片 形态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中出现 的弦否则随宇宙膨胀而放大,没能就否则成为尺度很大的宇宙弦。有一种宇宙弦可后能 会 长达几万光年,成为连接另另另一一俩个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚我们都都都都 用到了一条宇宙弦。

  如下图所示,暗蓝色的宇宙弦是另另另一一俩个闭弦,可后能 会 振动起来产生负能量。亲戚亲戚我们都都都都 计算了什么负能量对時光图片 几何的影响,发现它的确可后能 会 防止虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是另另另一一俩个开弦,它连接了另另另一一俩个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止另另另一一俩个黑洞相互靠拢。

  有一种防止方案使得虫洞不但稳定,否则可后能 会 被穿越。穿越有一种虫洞所离米 的时间,大致与距离与光速的商在同另另另一一俩个量级,好多好多 ,这是另另另一一俩个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长好多好多 ,就是的永久虫洞后能 适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  就是的可穿越虫洞研究大多都与反德西特時光图片 (宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了有一种在宇宙学常数为0的時光图片 中可后能 会 居于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来人太好更符合实际。