宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你这俩由广义相对论预言的奇特形态学 ,是连接旧时光中相距遥远的原先区域的捷径,能能 寄托了要是人实现旧时光旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的存在,更随便说说从虫洞中穿越了。

  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,大伙构造了原先可穿越虫洞的新模型。根据大伙的研究,原先的虫洞都都能能在宇宙学常数等于0的旧时光中存在。

  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旧时光中是不存在的,而这肩上用到的物理原理是“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,你这俩原理都都能能认为是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,原先旋转的带电黑洞不肯能旋转得迅速,肯能巨大的旋转角效率会让被黑洞视界挂号印刷品单的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯都都能能了从数学物理的层厚来证明你这俩猜想,于是他认为,时要原先像上帝一样的“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,大伙首不能自己了解类光能量条件(null energy condition)。

  在旧时光中,光子的轨迹是三根绳子 类光曲线,这条曲线在旧时光中的每其他全是原先切矢量,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,都都能能看成原先矩阵;而k是原先矢量,都都能能看成是原先列向量。能能 ,当T与原先k相乘,得到原先数。对于所有普通的物质,你这俩数是大于等于0的,这要是类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,肯能宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,都都能能了旧时光都都能能了有特殊的拓扑形态学 。也要是说,旧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,而不应该出先 这俩自行车内胎原先的奇怪拓扑形态学 。而可穿越虫洞,就属于这俩奇怪的拓扑。要是,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的旧时光中,可穿越虫洞不用存在。

  时要违反类光能量条件

  都都能能了,哪些刚刚虫洞都都能能存在,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为这俩旧时光的拓扑形态学 ,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,有原先基本原则,那要是物质场的能量动量张量时要违反类光能量条件。

  任何原先的可穿越虫洞,时要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,肯能一群光子你都能能穿越虫洞,都都能能了这群光子对应的测地线都都能能了在虫洞里汇聚,这时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都都能能看出,在虫洞中,光线都都能能了在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不用撞上奇点——在你这俩清况 下,聚焦在虫洞一端的光线在一蹶不振 虫洞的另一端全是散开,原先才都都能能从虫洞中逃出来。”

  能能 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同原先结论:“要想穿越虫洞,时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,构造了原先可穿越的虫洞。

  首先,大伙时要有原先带电黑洞,能能 这原先黑洞的电荷是相反的。也要是说,其中原先黑洞带正电,原先黑洞带负电。(随便说说原先的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它都都能能在宇宙学常数等于0的正常旧时光中存在)为哪些要让黑洞携带电荷?这是肯能带电黑洞结构的奇点都都能能被拉伸扭曲,从而形成一座通向原先带电黑洞的桥,你这俩桥要是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  能能 ,有了虫洞的雏形还是存在问题的。肯能带电黑洞之间存在万有引力和电磁力,哪些力全是相互吸引的,它们会让原先黑洞相互靠近,这就都都能能了构发明权的故事原先稳定的虫洞。

  都都能能了,要怎样都都能能让虫洞稳定下来呢?大伙想到了宇宙弦。

  宇宙弦是原先来自弦论的理论模型,都都能能被看成是大爆炸刚刚的旧时光形态学 被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中出先 的弦肯能随宇宙膨胀而放大,都都能能了就肯能成为尺度很大的宇宙弦。你这俩宇宙弦都都能能长达几万光年,成为连接原先黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,大伙用到了三根绳子 宇宙弦。

  如下图所示,淡蓝色的宇宙弦是原先闭弦,都都能能振动起来产生负能量。大伙计算了哪些负能量对旧时光几何的影响,发现它的确都都能能外理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是原先开弦,它连接了原先带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止原先黑洞相互靠拢。

  你这俩外理方案使得虫洞不但稳定,能能 都都能能被穿越。穿越你这俩虫洞所至少的时间,大致与距离与光速的商在同原先量级,要是,这是原先“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长要是,原先的永久虫洞随便说说适合星际旅行,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旧时光(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了这俩在宇宙学常数为0的旧时光中都都能能存在的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来随便说说更符合实际。