宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,某种 由广义相对论预言的奇特型态,是连接旧时光中相距遥远的一两个多多多区域的捷径,某种 寄托了而是人实现旧时光旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的处在,更暂且从虫洞中穿越了。

  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,让我们都构造了一两个多多多可穿越虫洞的新模型。根据让我们都的研究,曾经的虫洞可还都都可以 在宇宙学常数等于0的旧时光中处在。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,让我们都首先论证了可穿越虫洞在一般的旧时光中是不处在的,而这身旁用到的物理原理是“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,某种 原理可还都都可以 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,一两个多多多旋转的带电黑洞不某种 旋转得更慢,某种 巨大的旋转角效率会让被黑洞视界邮邮寄国际快件的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯还都都可以 从数学物理的角度来证明某种 猜想,于是他认为,还都都可以 一两个多多多像上帝一样的“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,让我们都儿首好难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在旧时光中,光子的轨迹是一根绳子 类光曲线,这条曲线在旧时光中的每某种 都一两个多多多切矢量,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,可还都都可以 看成一两个多多多矩阵;而k是一两个多多多矢量,可还都都可以 看成是一两个多多多列向量。某种 ,当T与一两个多多多k相乘,得到一两个多多多数。对于所有普通的物质,某种 数是大于等于0的,这而是类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,某种 宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,好难旧时光还都都可以 有特殊的拓扑型态。也而是说,旧时光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,而不应该跳出例如于自行车内胎曾经的奇怪拓扑型态。而可穿越虫洞,就属于有某种奇怪的拓扑。而是,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的旧时光中,可穿越虫洞不不处在。

  还都都可以 违反类光能量条件

  好难,哪此后后虫洞可还都都可以 处在,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为有某种旧时光的拓扑型态,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。

  可穿越虫洞的处在,一两个多多多基本原则,那而是物质场的能量动量张量还都都可以 违反类光能量条件。

  任何一两个多多多的可穿越虫洞,还都都可以 有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,某种 一群光子愿意穿越虫洞,好难这群光子对应的测地线还都都可以 在虫洞里汇聚,这还都都可以 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还都都可以 看出,在虫洞中,光线还都都可以 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不不撞上奇点——在某种 情形下,聚焦在虫洞一端的光线在一蹶不振 虫洞的另一端回会散开,曾经才可还都都可以 从虫洞中逃出来。”

  某种 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同一两个多多多结论:“要想穿越虫洞,必还都都可以 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,让我们都就在此基础上,构造了一两个多多多可穿越的虫洞。

  首先,让我们都还都都可以 一两个多多多多带电黑洞,某种 某种 两个多多多黑洞的电荷是相反的。也而是说,其中一两个多多多黑洞带正电,曾经黑洞带负电。(觉得曾经的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可还都都可以 在宇宙学常数等于0的正常旧时光中处在)为哪此要让黑洞携带电荷?这是某种 带电黑洞内部管理的奇点可还都都可以 被拉伸扭曲,从而形成一座通向曾经带电黑洞的桥,某种 桥而是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  某种 ,有了虫洞的雏形还是过高 的。某种 带电黑洞之间处在万有引力和电磁力,哪此力全是相互吸引的,它们会让一两个多多多黑洞相互靠近,这就还都都可以 构发明人一两个多多多稳定的虫洞。

  好难,如保还都都可以 让虫洞稳定下来呢?让我们都想到了宇宙弦。

  宇宙弦是一两个多多多来自弦论的理论模型,可还都都可以 被看成是大爆炸后后的旧时光型态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中跳出的弦某种 随宇宙膨胀而放大,好难就某种 成为尺度很大的宇宙弦。某种 宇宙弦可还都都可以 长达几万光年,成为连接一两个多多多黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,让我们都用到了一根绳子 宇宙弦。

  如下图所示,淡蓝色的宇宙弦是一两个多多多闭弦,可还都都可以 振动起来产生负能量。让我们都计算了哪此负能量对旧时光几何的影响,发现它的确可还都都可以 处里虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是一两个多多多开弦,它连接了一两个多多多带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止一两个多多多黑洞相互靠拢。

  某种 处里方案使得虫洞不但稳定,某种 可还都都可以 被穿越。穿越某种 虫洞所离米 的时间,大致与距离与光速的商在同一两个多多多量级,而是,这是一两个多多多“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长而是,曾经的永久虫洞暂且适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  后后的可穿越虫洞研究大多都与反德西特旧时光(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了有某种在宇宙学常数为0的旧时光中可还都都可以 处在的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来觉得更符合实际。