宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,这人 由广义相对论预言的奇特行态,是连接年华中相距遥远的一个区域的捷径,可是寄托了太久人实现年华旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的处于,更不让说从虫洞中穿越了。

  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,大伙儿构造了一个可穿越虫洞的新模型。根据大伙儿的研究,另一个的虫洞才能 在宇宙学常数等于0的年华中处于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,大伙儿首先论证了可穿越虫洞在一般的年华中是不处于的,而这背后用到的物理原理是“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,这人 原理才能 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,一个旋转的带电黑洞不可是旋转得很慢,可是巨大的旋转角深度1会让被黑洞视界挂号印刷品的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯还才能了从数学物理的深度1来证明这人 猜想,于是他认为,才能 一个像上帝一样的“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,大伙儿首很难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在年华中,光子的轨迹是一条绳子 类光曲线,这条曲线在年华中的每一些都会一个切矢量,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,才能 看成一个矩阵;而k是一个矢量,才能 看成是一个列向量。可是,当T与一个k相乘,得到一个数。对于所有普通的物质,这人 数是大于等于0的,这可是类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,可是宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,还才能了 年华还才能了有特殊的拓扑行态。也可是说,年华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,而不应该突然出现类似于于自行车内胎另一个的奇怪拓扑行态。而可穿越虫洞,就属于并有的是奇怪的拓扑。太久,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的年华中,可穿越虫洞不让处于。

  才能 违反类光能量条件

  还才能了 ,哪几种完后 虫洞才能 处于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为并有的是年华的拓扑行态,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。

  可穿越虫洞的处于,好几个 基本原则,那可是物质场的能量动量张量才能 违反类光能量条件。

  任何一个的可穿越虫洞,才能 有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,可是一群光子你会穿越虫洞,还才能了 这群光子对应的测地线还才能了在虫洞里汇聚,这才能 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才能 看出,在虫洞中,光线还才能了在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不让撞上奇点——在这人 具体情况下,聚焦在虫洞一端的光线在失去虫洞的另一端都会散开,另一个才才能 从虫洞中逃出来。”

  可是,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同一个结论:“要想穿越虫洞,才能 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,大伙儿就在此基础上,构造了一个可穿越的虫洞。

  首先,大伙儿才能 好几个 带电黑洞,可是这人 个黑洞的电荷是相反的。也可是说,其中一个黑洞带正电,另一个黑洞带负电。(随便说说另一个的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它才能 在宇宙学常数等于0的正常年华中处于)为哪几种要让黑洞携带电荷?这是可是带电黑洞内控 的奇点才能 被拉伸扭曲,从而形成一座通向另一个带电黑洞的桥,这人 桥可是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  可是,有了虫洞的雏形还是严重不足的。可是带电黑洞之间处于万有引力和电磁力,哪几种力都会相互吸引的,它们会让一个黑洞相互靠近,这就还才能了构伟大的伟大的发明一个稳定的虫洞。

  还才能了 ,何如才能让虫洞稳定下来呢?大伙儿想到了宇宙弦。

  宇宙弦是一个来自弦论的理论模型,才能 被看成是大爆炸完后 的年华行态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中突然出现的弦可是随宇宙膨胀而放大,还才能了 就可是成为尺度很大的宇宙弦。这人 宇宙弦才能 长达几万光年,成为连接一个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,大伙儿用到了一条绳子 宇宙弦。

  如下图所示,浅绿色的宇宙弦是一个闭弦,才能 振动起来产生负能量。大伙儿计算了哪几种负能量对年华几何的影响,发现它的确才能 解决虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是一个开弦,它连接了一个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止一个黑洞相互靠拢。

  这人 解决方案使得虫洞不但稳定,可是才能 被穿越。穿越这人 虫洞所共要 的时间,大致与距离与光速的商在同一个量级,太久,这是一个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长太久,另一个的永久虫洞不让说适合星际旅行,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年华(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了并有的是在宇宙学常数为0的年华中才能 处于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来随便说说更符合实际。