宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,四种 由广义相对论预言的奇特特征,是连接时光英文中相距遥远的有另有二个区域的捷径,也不寄托了统统人实现时光英文旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的处于,更太多从虫洞中穿越了。

  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,他们构造了有另有二个可穿越虫洞的新模型。根据他们的研究,另有另有二个的虫洞还可以 在宇宙学常数等于0的时光英文中处于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,他们首先论证了可穿越虫洞在一般的时光英文中是不处于的,而这肩头用到的物理原理是“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,四种 原理还可以 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,有另有二个旋转的带电黑洞可能性性旋转得太快了 ,可能性巨大的旋转角数率会让被黑洞视界包裹单单 的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯只有从数学物理的数率来证明四种 猜想,于是他认为,只有有另有二个像上帝一样的“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,他们首不能自己了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光英文中,光子的轨迹是三根类光曲线,这条曲线在时光英文中的每你是统统不 有另有二个切矢量,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,还可以 看成有另有二个矩阵;而k是有另有二个矢量,还可以 看成是有另有二个列向量。也不,当T与有另有二个k相乘,得到有另有二个数。对于所有普通的物质,四种 数是大于等于0的,这统统类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,可能性宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,如此 时光英文只有有特殊的拓扑特征。也统统说,时光英文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,而不应该突然出现这类自行车内胎另有另有二个的奇怪拓扑特征。而可穿越虫洞,就属于四种 奇怪的拓扑。统统,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光英文中,可穿越虫洞不用处于。

  只有违反类光能量条件

  如此 ,那此完后 虫洞还可以 处于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为四种 时光英文的拓扑特征,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。

  可穿越虫洞的处于,有有另有二个基本原则,那统统物质场的能量动量张量只有违反类光能量条件。

  任何有另有二个的可穿越虫洞,只有有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,可能性一群光子日后穿越虫洞,如此 这群光子对应的测地线只有在虫洞里汇聚,这只有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还可以 看出,在虫洞中,光线只有在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不用撞上奇点——在四种 情況下,聚焦在虫洞一端的光线在选择离开虫洞的另一端都会散开,另有另有二个才还可以 从虫洞中逃出来。”

  也不,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同有另有二个结论:“要想穿越虫洞,必只有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,他们就在此基础上,构造了有另有二个可穿越的虫洞。

  首先,他们只有有有另有二个带电黑洞,也不这有另有二个黑洞的电荷是相反的。也统统说,其中有另有二个黑洞带正电,另有另有二个黑洞带负电。(实在另有另有二个的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它还可以 在宇宙学常数等于0的正常时光英文中处于)为那此要让黑洞携带电荷?这是可能性带电黑洞內部的奇点还可以 被拉伸扭曲,从而形成一座通向另有另有二个带电黑洞的桥,四种 桥统统科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  也不,有了虫洞的雏形还是缺乏的。可能性带电黑洞之间处于万有引力和电磁力,那此力都不 相互吸引的,它们会让有另有二个黑洞相互靠近,这就只有构发明有另有二个稳定的虫洞。

  如此 ,如可还可以让虫洞稳定下来呢?他们想到了宇宙弦。

  宇宙弦是有另有二个来自弦论的理论模型,还可以 被看成是大爆炸完后 的时光英文特征被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中突然出现的弦可能性随宇宙膨胀而放大,如此 就可能性成为尺度很大的宇宙弦。四种 宇宙弦还可以 长达几万光年,成为连接有另有二个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,他们用到了三根宇宙弦。

  如下图所示,暗蓝色的宇宙弦是有另有二个闭弦,还可以 振动起来产生负能量。他们计算了那此负能量对时光英文几何的影响,发现它的确还可以 处置虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是有另有二个开弦,它连接了有另有二个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有另有二个黑洞相互靠拢。

  四种 处置方案使得虫洞不但稳定,也不还可以 被穿越。穿越四种 虫洞所离米 的时间,大致与距离与光速的商在同有另有二个量级,统统,这是有另有二个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长统统,另有另有二个的永久虫洞太多适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  完后 的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光英文(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了四种 在宇宙学常数为0的时光英文中还可以 处于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来实在更符合实际。