宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,这俩 由广义相对论预言的奇特底部形态,是连接时空中相距遥远的一一好几个 区域的捷径,或者寄托了什么都人实现时空旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的地处,更固然从虫洞中穿越了。

  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,或者 人构造了一一好几个 可穿越虫洞的新模型。根据或者 人的研究,那我 的虫洞能否在宇宙学常数等于0的时空中地处。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,或者 人首先论证了可穿越虫洞在一般的时空中是不地处的,而这转过身用到的物理原理是“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,这俩 原理能否认为是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,一一好几个 旋转的带电黑洞不或者旋转得迅速,或者巨大的旋转角强度会让被黑洞视界快递快件的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯不能否从数学物理的宽度来证明这俩 猜想,于是他认为,前要一一好几个 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,或者 人首迅速了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时空中,光子的轨迹是一根绳子 类光曲线,这条曲线在时空中的每或者 全是一一好几个 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,能否看成一一好几个 矩阵;而k是一一好几个 矢量,能否看成是一一好几个 列向量。或者,当T与一一好几个 k相乘,得到一一好几个 数。对于所有普通的物质,这俩 数是大于等于0的,这或者类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,或者宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,这么 时空不能否有特殊的拓扑底部形态。也或者说,时空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,而不应该再次出先累似 自行车内胎那我 的奇怪拓扑底部形态。而可穿越虫洞,就属于两种奇怪的拓扑。什么都,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时空中,可穿越虫洞不让地处。

  前要违反类光能量条件

  这么 ,哪些地方前一天虫洞能否地处,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为两种时空的拓扑底部形态,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。

  可穿越虫洞的地处,有一一好几个 基本原则,那或者物质场的能量动量张量前要违反类光能量条件。

  任何一一好几个 的可穿越虫洞,前要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,或者一群光子你要穿越虫洞,这么 这群光子对应的测地线不能否在虫洞里汇聚,这前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能否看出,在虫洞中,光线不能否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——在这俩 情況下,聚焦在虫洞一端的光线在一蹶不振 虫洞的另一端后该散开,那我 才能否从虫洞中逃出来。”

  或者,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同一一好几个 结论:“要想穿越虫洞,前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,或者 人就在此基础上,构造了一一好几个 可穿越的虫洞。

  首先,或者 人前要有一一好几个 带电黑洞,或者这俩一好几个 黑洞的电荷是相反的。也或者说,其中一一好几个 黑洞带正电,那我 黑洞带负电。(真是 那我 的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它能否在宇宙学常数等于0的正常时空中地处)为哪些地方要让黑洞携带电荷?这是或者带电黑洞实物的奇点能否被拉伸扭曲,从而形成一座通向那我 带电黑洞的桥,这俩 桥或者科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  或者,有了虫洞的雏形还是不足的。或者带电黑洞之间地处万有引力和电磁力,哪些地方地方力全是相互吸引的,它们会让一一好几个 黑洞相互靠近,这就不能否构发明的故事的故事一一好几个 稳定的虫洞。

  这么 ,怎么能否能否让虫洞稳定下来呢?或者 人想到了宇宙弦。

  宇宙弦是一一好几个 来自弦论的理论模型,能否被看成是大爆炸前一天的时空底部形态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中再次出先的弦或者随宇宙膨胀而放大,这么 就或者成为尺度很大的宇宙弦。这俩 宇宙弦能否长达几万光年,成为连接一一好几个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,或者 人用到了一根绳子 宇宙弦。

  如下图所示,蓝色的宇宙弦是一一好几个 闭弦,能否振动起来产生负能量。或者 人计算了哪些地方地方负能量对时空几何的影响,发现它的确能否避免虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是一一好几个 开弦,它连接了一一好几个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止一一好几个 黑洞相互靠拢。

  这俩 避免方案使得虫洞不但稳定,或者能否被穿越。穿越这俩 虫洞所要花费的时间,大致与距离与光速的商在同一一好几个 量级,什么都,这是一一好几个 “不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长什么都,那我 的永久虫洞固然适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  前一天的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时空(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了两种在宇宙学常数为0的时空中能否地处的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来真是 更符合实际。