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行态,是连接时光图片 中相距遥远的有有两个 区域的捷径,有后来 寄托了太大人实现时光图片 旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的指在,更何必 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,朋友 构造了有有两个 可穿越虫洞的新模型。根据朋友 的研究,太大的虫洞还要能在宇宙学常数等于0的时光图片 中指在。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,朋友 首先论证了可穿越虫洞在一般的时光图片 中是不指在的,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,这俩原理还要能认为是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,有有两个 旋转的带电黑洞不事先旋转得太快,事先巨大的旋转角下行数率 会让被黑洞视界国际快递包裹的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯必须从数学物理的淬硬层 来证明这俩猜想,于是他认为,时需有有两个 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,朋友 首真难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光图片 中,光子的轨迹是根小类光曲线,这条曲线在时光图片 中的每有些不是有有两个 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,还要能看成有有两个 矩阵;而k是有有两个 矢量,还要能看成是有有两个 列向量。有后来 ,当T与有有两个 k相乘,得到有有两个 数。对于所有普通的物质,这俩数是大于等于0的,这太大类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,事先宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,真难 时光图片 必须有特殊的拓扑行态。也太大说,时光图片 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,而不应该出显类式于自行车内胎太大的奇怪拓扑行态。而可穿越虫洞,就属于某种生活奇怪的拓扑。太大,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光图片 中,可穿越虫洞我太大 指在。

  时需违反类光能量条件

  真难 ,这俩事先虫洞还要能指在,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为某种生活时光图片 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。

  可穿越虫洞的指在,有有有两个 基本原则,那太大物质场的能量动量张量时需违反类光能量条件。

  任何有有两个 的可穿越虫洞,时需有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,事先一群光子你要穿越虫洞,真难 这群光子对应的测地线必须在虫洞里汇聚,这时时需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要能看出,在虫洞中,光线必须在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才我太大 撞上奇点——在这俩情况表下,聚焦在虫洞一端的光线在背叛虫洞的另一端不是散开,太大才还要能从虫洞中逃出来。”

  有后来 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同有有两个 结论:“要想穿越虫洞,时需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,朋友 就在此基础上,构造了有有两个 可穿越的虫洞。

  首先,朋友 时需有有有两个 带电黑洞,有后来 这有有两个 黑洞的电荷是相反的。也太大说,其中有有两个 黑洞带正电,太大黑洞带负电。(着实太大的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它还要能在宇宙学常数等于0的正常时光图片 中指在)为这俩要让黑洞携带电荷?这是事先带电黑洞內部的奇点还要能被拉伸扭曲,从而形成一座通向太大带电黑洞的桥,这俩桥太大科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  有后来 ,有了虫洞的雏形还是严重不足的。事先带电黑洞之间指在万有引力和电磁力,这俩力不是相互吸引的,它们会让有有两个 黑洞相互靠近,这就必须构科学发明有有两个 稳定的虫洞。

  真难 ,如何要能让虫洞稳定下来呢?朋友 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是有有两个 来自弦论的理论模型,还要能被看成是大爆炸事先的时光图片 行态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中出显的弦事先随宇宙膨胀而放大,真难 就事先成为尺度很大的宇宙弦。这俩宇宙弦还要能长达几万光年,成为连接有有两个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,朋友 用到了根小宇宙弦。

  如下图所示,天蓝色的宇宙弦是有有两个 闭弦,还要能振动起来产生负能量。朋友 计算了这俩负能量对时光图片 几何的影响,发现它的确还要能补救虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是有有两个 开弦,它连接了有有两个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有有两个 黑洞相互靠拢。

  这俩补救方案使得虫洞不但稳定,有后来 还要能被穿越。穿越这俩虫洞所相当于的时间,大致与距离与光速的商在同有有两个 量级,太大,这是有有两个 “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大,太大的永久虫洞何必 适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  事先的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光图片 (宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了某种生活在宇宙学常数为0的时光图片 中还要能指在的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来着实更符合实际。