宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你这人由广义相对论预言的奇特形状,是连接时光 中相距遥远的有一一一一两个区域的捷径,因此 寄托了而是人实现时光 旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的位于,更三种从虫洞中穿越了。

  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,大伙构造了有一一一一两个可穿越虫洞的新模型。根据大伙的研究,原来的虫洞都不还里能在宇宙学常数等于0的时光 中位于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,大伙首先论证了可穿越虫洞在一般的时光 中是不位于的,而这手中用到的物理原理是“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,你这人原理都不还里能认为是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,有一一一一两个旋转的带电黑洞不意味着着旋转得飞快,意味着着巨大的旋转角时延会让被黑洞视界邮包邮寄的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯不到从数学物理的高度来证明你这人猜想,于是他认为,时需有一一一一两个像上帝一样的“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,大伙首太难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光 中,光子的轨迹是根小类光曲线,这条曲线在时光 中的每因此 也有有一一一一两个切矢量,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,都不还里能看成有一一一一两个矩阵;而k是有一一一一两个矢量,都不还里能看成是有一一一一两个列向量。因此 ,当T与有一一一一两个k相乘,得到有一一一一两个数。对于所有普通的物质,你这人数是大于等于0的,这而是 类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,意味着着宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,没法时光 不到有特殊的拓扑形状。也而是 说,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,而不应该经常突然出现类似于自行车内胎原来的奇怪拓扑形状。而可穿越虫洞,就属于三种奇怪的拓扑。而是,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光 中,可穿越虫洞我很多 位于。

  时需违反类光能量条件

  没法,哪几个之前 虫洞都不还里能位于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为三种时光 的拓扑形状,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。

  可穿越虫洞的位于,有有一一一一两个基本原则,那而是 物质场的能量动量张量时需违反类光能量条件。

  任何有一一一一两个的可穿越虫洞,时需有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,意味着着一群光子我想要穿越虫洞,没法这群光子对应的测地线不到在虫洞里汇聚,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都不还里能看出,在虫洞中,光线不到在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才我很多 撞上奇点——在你这人情況下,聚焦在虫洞一端的光线在背叛虫洞的另一端完会 散开,原来才都不还里能从虫洞中逃出来。”

  因此 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同有一一一一两个结论:“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,大伙就在此基础上,构造了有一一一一两个可穿越的虫洞。

  首先,大伙时需有一一一一两个带电黑洞,因此 这有一一一一两个黑洞的电荷是相反的。也而是 说,其中有一一一一两个黑洞带正电,原来黑洞带负电。(我确实原来的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它都不还里能在宇宙学常数等于0的正常时光 中位于)为哪几个要让黑洞携带电荷?这是意味着着带电黑洞内部管理的奇点都不还里能被拉伸扭曲,从而形成一座通向原来带电黑洞的桥,你这人桥而是 科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  因此 ,有了虫洞的雏形还是位于问题的。意味着着带电黑洞之间位于万有引力和电磁力,哪几个力也有相互吸引的,它们会让有一一一一两个黑洞相互靠近,这就不到构发明家 家 有一一一一两个稳定的虫洞。

  没法,何如不还里能让虫洞稳定下来呢?大伙想到了宇宙弦。

  宇宙弦是有一一一一两个来自弦论的理论模型,都不还里能被看成是大爆炸之前 的时光 形状被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中经常突然出现的弦意味着着随宇宙膨胀而放大,没法就意味着着成为尺度很大的宇宙弦。你这人宇宙弦都不还里能长达几万光年,成为连接有一一一一两个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,大伙用到了根小宇宙弦。

  如下图所示,浅蓝色的宇宙弦是有一一一一两个闭弦,都不还里能振动起来产生负能量。大伙计算了哪几个负能量对时光 几何的影响,发现它的确都不还里能除理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是有一一一一两个开弦,它连接了有一一一一两个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有一一一一两个黑洞相互靠拢。

  你这人除理方案使得虫洞不但稳定,因此 都不还里能被穿越。穿越你这人虫洞所离米 的时间,大致与距离与光速的商在同有一一一一两个量级,而是,这是有一一一一两个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长而是,原来的永久虫洞三种适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  之前 的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光 (宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了三种在宇宙学常数为0的时光 中都不还里能位于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来我我确实更符合实际。