宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你你什儿 由广义相对论预言的奇特价值形式,是连接年华中相距遥远的1个多区域的捷径,假使 寄托了什么都人实现年华旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的居于,更并不从虫洞中穿越了。

  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,当当当我们 构造了1个多可穿越虫洞的新模型。根据当当当我们 的研究,另1个多的虫洞还上能在宇宙学常数等于0的年华中居于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,当当当我们 首先论证了可穿越虫洞在一般的年华中是不居于的,而这身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,你你什儿 原理还上能认为是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,1个多旋转的带电黑洞不想可能 旋转得很快,不可能 巨大的旋转角下行速率 会让被黑洞视界快件的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯这麼 从数学物理的下行速率 来证明你你什儿 猜想,于是他认为,还要1个多像上帝一样的“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,当当当我们 首太难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在年华中,光子的轨迹是两根绳子 类光曲线,这条曲线在年华中的每或多或少都有1个多切矢量,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,还上能看成1个多矩阵;而k是1个多矢量,还上能看成是1个多列向量。假使 ,当T与1个多k相乘,得到1个多数。对于所有普通的物质,你你什儿 数是大于等于0的,这就是类光能量条件:

  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,这麼 年华这麼 有特殊的拓扑价值形式。也就是说,年华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,而不应该出显这类自行车内胎另1个多的奇怪拓扑价值形式。而可穿越虫洞,就属于五种 奇怪的拓扑。什么都,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的年华中,可穿越虫洞不想居于。

  还要违反类光能量条件

  这麼 ,那先 就是 虫洞还上能居于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为五种 年华的拓扑价值形式,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。

  可穿越虫洞的居于,有1个多基本原则,那就是物质场的能量动量张量还要违反类光能量条件。

  任何1个多的可穿越虫洞,还要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,不可能 一群光子想要穿越虫洞,这麼 这群光子对应的测地线这麼 在虫洞里汇聚,这还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上能看出,在虫洞中,光线这麼 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不想撞上奇点——在你你什儿 状态下,聚焦在虫洞一端的光线在失去虫洞的另一端后会散开,另1个多不还上能从虫洞中逃出来。”

  假使 ,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同1个多结论:“要想穿越虫洞,还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,当当当我们 就在此基础上,构造了1个多可穿越的虫洞。

  首先,当当当我们 还要有1个多带电黑洞,假使 你什儿 个多黑洞的电荷是相反的。也就是说,其中1个多黑洞带正电,另1个多黑洞带负电。(着实另1个多的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它还上能在宇宙学常数等于0的正常年华中居于)为那先 要让黑洞携带电荷?这是不可能 带电黑洞内部的奇点还上能被拉伸扭曲,从而形成一座通向另1个多带电黑洞的桥,你你什儿 桥就是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  假使 ,有了虫洞的雏形还是欠缺的。不可能 带电黑洞之间居于万有引力和电磁力,那先 力都有相互吸引的,它们会让1个多黑洞相互靠近,这就这麼 构造出家 1个多稳定的虫洞。

  这麼 ,怎么不能让虫洞稳定下来呢?当当当我们 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是1个多来自弦论的理论模型,还上能被看成是大爆炸就是 的年华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)。早期宇宙中出显的弦不可能 随宇宙膨胀而放大,这麼 就不可能 成为尺度很大的宇宙弦。你你什儿 宇宙弦还上能长达几万光年,成为连接1个多黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,当当当我们 用到了两根绳子 宇宙弦。

  如下图所示,蓝色的宇宙弦是1个多闭弦,还上能振动起来产生负能量。当当当我们 计算了那先 负能量对年华几何的影响,发现它的确还上能处理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是1个多开弦,它连接了1个多带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止1个多黑洞相互靠拢。

  你你什儿 处理方案使得虫洞不但稳定,假使 还上能被穿越。穿越你你什儿 虫洞所共要的时间,大致与距离与光速的商在同1个多量级,什么都,这是1个多“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,另1个多的永久虫洞并不适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  就是 的可穿越虫洞研究大多都与反德西特年华(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了五种 在宇宙学常数为0的年华中还上能居于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来着实更符合实际。