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内部,是连接時光中相距遥远的另有5个 区域的捷径,而且寄托了什么都有人们实现時光旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的居于,更好的反义词从虫洞中穿越了。

  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,大伙构造了另有5个 可穿越虫洞的新模型。根据大伙的研究,原来的虫洞可不都可否 在宇宙学常数等于0的時光中居于。

  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時光中是不居于的,而这面前用到的物理原理是“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,这俩原理可不都可否 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,另有5个 旋转的带电黑洞不愿因旋转得更慢,愿因巨大的旋转角下行速率 会让被黑洞视界邮邮寄包裹单的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯这样从数学物理的厚度来证明这俩猜想,于是他认为,都要另有5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,大伙首真难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在時光中,光子的轨迹是第一根类光曲线,这条曲线在時光中的每这俩不是另有5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,可不都可否 看成另有5个 矩阵;而k是另有5个 矢量,可不都可否 看成是另有5个 列向量。而且,当T与另有5个 k相乘,得到另有5个 数。对于所有普通的物质,这俩数是大于等于0的,这就说 类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,愿因宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,这样時光这样有特殊的拓扑内部。也就说 说,時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,而不应该出现同类自行车内胎原来的奇怪拓扑内部。而可穿越虫洞,就属于有一种奇怪的拓扑。什么都有有,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的時光中,可穿越虫洞这样多再居于。

  都要违反类光能量条件

  这样,那些刚刚虫洞可不都可否 居于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为有一种時光的拓扑内部,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。

  可穿越虫洞的居于,有另有5个 基本原则,那就说 物质场的能量动量张量都要违反类光能量条件。

  任何另有5个 的可穿越虫洞,都要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,愿因一群光子愿意穿越虫洞,这样这群光子对应的测地线这样在虫洞里汇聚,这都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可不都可否 看出,在虫洞中,光线这样在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才这样多再撞上奇点——在这俩清况 下,聚焦在虫洞一端的光线在一蹶不振 虫洞的另一端不是散开,原来才可不都可否 从虫洞中逃出来。”

  而且,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同另有5个 结论:“要想穿越虫洞,都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,大伙就在此基础上,构造了另有5个 可穿越的虫洞。

  首先,大伙都要有另有5个 带电黑洞,而且这另有5个 黑洞的电荷是相反的。也就说 说,其中另有5个 黑洞带正电,原来黑洞带负电。(真是原来的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可不都可否 在宇宙学常数等于0的正常時光中居于)为那些要让黑洞携带电荷?这愿因带电黑洞内部的奇点可不都可否 被拉伸扭曲,从而形成一座通向原来带电黑洞的桥,这俩桥就说 科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  而且,有了虫洞的雏形还是缺陷的。愿因带电黑洞之间居于万有引力和电磁力,那些力不是相互吸引的,它们会让另有5个 黑洞相互靠近,这就这样构发明家 者另有5个 稳定的虫洞。

  这样,如保可不都可否 让虫洞稳定下来呢?大伙想到了宇宙弦。

  宇宙弦是另有5个 来自弦论的理论模型,可不都可否 被看成是大爆炸刚刚的時光内部被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中出现的弦愿因随宇宙膨胀而放大,这样就愿因成为尺度很大的宇宙弦。这俩宇宙弦可不都可否 长达几万光年,成为连接另有5个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,大伙用到了第一根宇宙弦。

  如下图所示,蓝色的宇宙弦是另有5个 闭弦,可不都可否 振动起来产生负能量。大伙计算了那些负能量对時光几何的影响,发现它的确可不都可否 出理 虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是另有5个 开弦,它连接了另有5个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止另有5个 黑洞相互靠拢。

  这俩出理 方案使得虫洞不但稳定,而且可不都可否 被穿越。穿越这俩虫洞所为宜 的时间,大致与距离与光速的商在同另有5个 量级,什么都有有,这是另有5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有有,原来的永久虫洞好的反义词适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  刚刚的可穿越虫洞研究大多都与反德西特時光(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了有一种在宇宙学常数为0的時光中可不都可否 居于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来真是更符合实际。