宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,其他由广义相对论预言的奇特价值形式,是连接时光里中相距遥远的什么都 区域的捷径,有过后寄托了什么都人实现时光里旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的存在,更无需 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,其他人构造了什么都 可穿越虫洞的新模型。根据其他人的研究,什么都 的虫洞可否 在宇宙学常数等于0的时光里中存在。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,其他人首先论证了可穿越虫洞在一般的时光里中是不存在的,而这眼前 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,其他原理可否 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,什么都 旋转的带电黑洞无需可能 旋转得比较慢,不可能 巨大的旋转角带宽会让被黑洞视界国际快递邮包的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯非要从数学物理的角度来证明其他猜想,于是他认为,不能 什么都 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,其他人首很难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光里中,光子的轨迹是一条绳子 类光曲线,这条曲线在时光里中的每其他都有什么都 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,可否 看成什么都 矩阵;而k是什么都 矢量,可否 看成是什么都 列向量。有过后,当T与什么都 k相乘,得到什么都 数。对于所有普通的物质,其他数是大于等于0的,这什么都 类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,不可能 宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,越来越时光里非要有特殊的拓扑价值形式。也什么都 说,时光里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,而不应该突然出現这类自行车内胎什么都 的奇怪拓扑价值形式。而可穿越虫洞,就属于有一种奇怪的拓扑。什么都,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光里中,可穿越虫洞无需存在。

  不能 违反类光能量条件

  越来越,那些过后虫洞可否 存在,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为有一种时光里的拓扑价值形式,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。

  可穿越虫洞的存在,有什么都 基本原则,那什么都 物质场的能量动量张量不能 违反类光能量条件。

  任何什么都 的可穿越虫洞,不能 有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,不可能 一群光子你要穿越虫洞,越来越这群光子对应的测地线非要在虫洞里汇聚,这不能 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否 看出,在虫洞中,光线非要在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才无需撞上奇点——在其他具体情况下,聚焦在虫洞一端的光线在抛妻弃子虫洞的另一端总要散开,什么都 才可否 从虫洞中逃出来。”

  有过后,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同什么都 结论:“要想穿越虫洞,不能 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,其他人就在此基础上,构造了什么都 可穿越的虫洞。

  首先,其他人不能 有什么都 带电黑洞,有过后这什么都 黑洞的电荷是相反的。也什么都 说,其中什么都 黑洞带正电,什么都 黑洞带负电。(我我觉得什么都 的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可否 在宇宙学常数等于0的正常时光里中存在)为那些要让黑洞携带电荷?这是不可能 带电黑洞结构的奇点可否 被拉伸扭曲,从而形成一座通向什么都 带电黑洞的桥,其他桥什么都 科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  有过后,有了虫洞的雏形还是缺陷的。不可能 带电黑洞之间存在万有引力和电磁力,那些力都有相互吸引的,它们会让什么都 黑洞相互靠近,这就非要构发明什么都 稳定的虫洞。

  越来越,怎么不能让虫洞稳定下来呢?其他人想到了宇宙弦。

  宇宙弦是什么都 来自弦论的理论模型,可否 被看成是大爆炸过后的时光里价值形式被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中突然出現的弦不可能 随宇宙膨胀而放大,越来越就不可能 成为尺度很大的宇宙弦。其他宇宙弦可否 长达几万光年,成为连接什么都 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,其他人用到了一条绳子 宇宙弦。

  如下图所示,深蓝色的宇宙弦是什么都 闭弦,可否 振动起来产生负能量。其他人计算了那些负能量对时光里几何的影响,发现它的确可否 处里虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是什么都 开弦,它连接了什么都 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止什么都 黑洞相互靠拢。

  其他处里方案使得虫洞不但稳定,有过后可否 被穿越。穿越其他虫洞所最少的时间,大致与距离与光速的商在同什么都 量级,什么都,这是什么都 “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,什么都 的永久虫洞无需 适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  过后的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光里(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的时光里中可否 存在的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来我我我觉得更符合实际。