宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你这个 由广义相对论预言的奇特型态,是连接时光图片 中相距遥远的有一两个区域的捷径,怎么让 寄托了你这个 人实现时光图片 旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的趋于稳定,更无须从虫洞中穿越了。

  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有一两个可穿越虫洞的新模型。根据亲戚亲戚朋友的研究,原先 的虫洞时需在宇宙学常数等于0的时光图片 中趋于稳定。

  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图片 中是不趋于稳定的,而这背后用到的物理原理是“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,你这个 原理时需认为是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,一有一两个旋转的带电黑洞不是因为 旋转得更慢,是因为 巨大的旋转角传输数率会让被黑洞视界寄包裹 的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯也能从数学物理的深度来证明你这个 猜想,于是他认为,时需一有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,亲戚亲戚朋友首真难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光图片 中,光子的轨迹是四根类光曲线,这条曲线在时光图片 中的每你这个 时会一有一两个切矢量,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,时需看成一有一两个矩阵;而k是一有一两个矢量,时需看成是一有一两个列向量。怎么让 ,当T与有一两个k相乘,得到一有一两个数。对于所有普通的物质,你这个 数是大于等于0的,这很久类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,是因为 宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,那末时光图片 也能有特殊的拓扑型态。也很久说,时光图片 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,而不应该老出类似于自行车内胎原先 的奇怪拓扑型态。而可穿越虫洞,就属于某种奇怪的拓扑。你这个 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光图片 中,可穿越虫洞不不趋于稳定。

  时需违反类光能量条件

  那末,那此刚刚虫洞时需趋于稳定,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为某种时光图片 的拓扑型态,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。

  可穿越虫洞的趋于稳定,有一有一两个基本原则,那很久物质场的能量动量张量时需违反类光能量条件。

  任何一有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,是因为 一群光子要我穿越虫洞,那末这群光子对应的测地线也能在虫洞里汇聚,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时需看出,在虫洞中,光线也能在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不不撞上奇点——在你这个 情况下,聚焦在虫洞一端的光线在一蹶不振 虫洞的另一端时会散开,原先 才时需从虫洞中逃出来。”

  怎么让 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同一有一两个结论:“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,亲戚亲戚朋友就在此基础上,构造了一有一两个可穿越的虫洞。

  首先,亲戚亲戚朋友时需有一两个带电黑洞,怎么让 这有一两个黑洞的电荷是相反的。也很久说,其中一有一两个黑洞带正电,原先 黑洞带负电。(嘴笨 原先 的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它时需在宇宙学常数等于0的正常时光图片 中趋于稳定)为那此要让黑洞携带电荷?这是是因为 带电黑洞內部的奇点时需被拉伸扭曲,从而形成一座通向原先 带电黑洞的桥,你这个 桥很久科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  怎么让 ,有了虫洞的雏形还是过高 的。是因为 带电黑洞之间趋于稳定万有引力和电磁力,那此力时会相互吸引的,它们会让有一两个黑洞相互靠近,这就也能构发明一有一两个稳定的虫洞。

  那末,怎么也能让虫洞稳定下来呢?亲戚亲戚朋友想到了宇宙弦。

  宇宙弦是一有一两个来自弦论的理论模型,时需被看成是大爆炸刚刚的时光图片 型态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中老出的弦是因为 随宇宙膨胀而放大,那末就是因为 成为尺度很大的宇宙弦。你这个 宇宙弦时需长达几万光年,成为连接有一两个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚朋友用到了四根宇宙弦。

  如下图所示,深蓝色的宇宙弦是一有一两个闭弦,时需振动起来产生负能量。亲戚亲戚朋友计算了那此负能量对时光图片 几何的影响,发现它的确时需处理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是一有一两个开弦,它连接了有一两个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有一两个黑洞相互靠拢。

  你这个 处理方案使得虫洞不但稳定,怎么让 时需被穿越。穿越你这个 虫洞所为宜的时间,大致与距离与光速的商在同一有一两个量级,你这个 ,这是一有一两个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长你这个 ,原先 的永久虫洞无须适合星际旅行,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时光图片 (宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了某种在宇宙学常数为0的时光图片 中时需趋于稳定的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来嘴笨 更符合实际。