宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你这名由广义相对论预言的奇特社会形态,是连接时光中相距遥远的一个 区域的捷径,否则 寄托了什么都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居于,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,亲戚亲戚朋友构造了一个 可穿越虫洞的新模型。根据亲戚亲戚朋友的研究,以前的虫洞还须要在宇宙学常数等于0的时光中居于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚朋友首先论证了可穿越虫洞在一般的时光中是不居于的,而这头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,你这名原理还须要认为是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,一个 旋转的带电黑洞可能性性旋转得迅速,可能性巨大的旋转角深度1会让被黑洞视界邮邮寄包裹的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯还可不上能 从数学物理的深度1来证明你这名猜想,于是他认为,须要一个 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,亲戚亲戚朋友首没办法 了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光中,光子的轨迹是一根绳子 类光曲线,这条曲线在时光中的每一点须要一个 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,还须要看成一个 矩阵;而k是一个 矢量,还须要看成是一个 列向量。否则 ,当T与一个 k相乘,得到一个 数。对于所有普通的物质,你这名数是大于等于0的,这什么都类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,可能性宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,没办法 时光还可不上能 有特殊的拓扑社会形态。也什么都说,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,而不应该经常出显这类自行车内胎以前的奇怪拓扑社会形态。而可穿越虫洞,就属于本身奇怪的拓扑。什么都,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光中,可穿越虫洞我太久 居于。

  须要违反类光能量条件

  没办法 ,有哪些以前虫洞还须要居于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为本身时光的拓扑社会形态,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。

  可穿越虫洞的居于,一个 基本原则,那什么都物质场的能量动量张量须要违反类光能量条件。

  任何一个 的可穿越虫洞,须要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,可能性一群光子我应该 穿越虫洞,没办法 这群光子对应的测地线还可不上能 在虫洞里汇聚,这须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还须要看出,在虫洞中,光线还可不上上能 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才我太久 撞上奇点——在你这名情況下,聚焦在虫洞一端的光线在遗弃虫洞的另一端后该散开,以前才还须要从虫洞中逃出来。”

  否则 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同一个 结论:“要想穿越虫洞,须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,亲戚亲戚朋友就在此基础上,构造了一个 可穿越的虫洞。

  首先,亲戚亲戚朋友须要一个 带电黑洞,否则 你这名个 黑洞的电荷是相反的。也什么都说,其中一个 黑洞带正电,以前黑洞带负电。(随便说说 以前的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它还须要在宇宙学常数等于0的正常时光中居于)为有哪些要让黑洞携带电荷?这是可能性带电黑洞内控 的奇点还须要被拉伸扭曲,从而形成一座通向以前带电黑洞的桥,你这名桥什么都科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  否则 ,有了虫洞的雏形还是缺陷的。可能性带电黑洞之间居于万有引力和电磁力,有有哪些力须要相互吸引的,它们会让一个 黑洞相互靠近,这就还可不上能 构发明家 者一个 稳定的虫洞。

  没办法 ,如何才能让虫洞稳定下来呢?亲戚亲戚朋友想到了宇宙弦。

  宇宙弦是一个 来自弦论的理论模型,还须要被看成是大爆炸以前的时光社会形态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中经常出显的弦可能性随宇宙膨胀而放大,没办法 就可能性成为尺度很大的宇宙弦。你这名宇宙弦还须要长达几万光年,成为连接一个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚朋友用到了一根绳子 宇宙弦。

  如下图所示,天蓝色的宇宙弦是一个 闭弦,还须要振动起来产生负能量。亲戚亲戚朋友计算了有有哪些负能量对时光几何的影响,发现它的确还须要补救虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是一个 开弦,它连接了一个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止一个 黑洞相互靠拢。

  你这名补救方案使得虫洞不但稳定,否则 还须要被穿越。穿越你这名虫洞所相当于的时间,大致与距离与光速的商在同一个 量级,什么都,这是一个 “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,以前的永久虫洞何必 适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  以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本身在宇宙学常数为0的时光中还须要居于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来随便说说 更符合实际。