宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,这一 由广义相对论预言的奇特行态,是连接时光英文中相距遥远的5个 多多多区域的捷径,以后寄托了什么都有 人实现时光英文旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的占据 ,更全是就说 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,你们都 构造了5个 多多多可穿越虫洞的新模型。根据你们都 的研究,另5个 多多多的虫洞能否在宇宙学常数等于0的时光英文中占据 。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,你们都 首先论证了可穿越虫洞在一般的时光英文中是不占据 的,而这肩头用到的物理原理是“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,这一 原理能否认为是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,5个 多多多旋转的带电黑洞不由于旋转得越快,由于巨大的旋转角速率单位会让被黑洞视界国际国际包裹的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯能否从数学物理的深层来证明这一 猜想,于是他认为,都要5个 多多多像上帝一样的“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,你们都 首越快了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光英文中,光子的轨迹是十根类光曲线,这条曲线在时光英文中的每许多全是5个 多多多切矢量,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,能否看成5个 多多多矩阵;而k是5个 多多多矢量,能否看成是5个 多多多列向量。以后,当T与5个 多多多k相乘,得到5个 多多多数。对于所有普通的物质,这一 数是大于等于0的,这就说 类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,由于宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,没法时光英文能否有特殊的拓扑行态。也就说 说,时光英文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,而不应该老出例如自行车内胎另5个 多多多的奇怪拓扑行态。而可穿越虫洞,就属于三种生活奇怪的拓扑。什么都有 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光英文中,可穿越虫洞无需占据 。

  都要违反类光能量条件

  没法,哪些地方以后虫洞能否占据 ,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为三种生活时光英文的拓扑行态,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。

  可穿越虫洞的占据 ,有5个 多多多基本原则,那就说 物质场的能量动量张量都要违反类光能量条件。

  任何5个 多多多的可穿越虫洞,都要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,由于一群光子你能否穿越虫洞,没法这群光子对应的测地线能否在虫洞里汇聚,这都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能否看出,在虫洞中,光线能否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——在这一 具体情况下,聚焦在虫洞一端的光线在拖累虫洞的另一端都会散开,另5个 多多多才能否从虫洞中逃出来。”

  以后,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同5个 多多多结论:“要想穿越虫洞,都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,你们都 就在此基础上,构造了5个 多多多可穿越的虫洞。

  首先,你们都 都要有5个 多多多带电黑洞,以后这一 个多多多黑洞的电荷是相反的。也就说 说,其中5个 多多多黑洞带正电,另5个 多多多黑洞带负电。(真是另5个 多多多的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它能否在宇宙学常数等于0的正常时光英文中占据 )为哪些地方要让黑洞携带电荷?这由于带电黑洞实物的奇点能否被拉伸扭曲,从而形成一座通向另5个 多多多带电黑洞的桥,这一 桥就说 科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  以后,有了虫洞的雏形还是匮乏的。由于带电黑洞之间占据 万有引力和电磁力,哪些地方地方力全是相互吸引的,它们会让5个 多多多黑洞相互靠近,这就能否构创造伟大的发明5个 多多多稳定的虫洞。

  没法,怎么才能 才能 能否让虫洞稳定下来呢?你们都 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是5个 多多多来自弦论的理论模型,能否被看成是大爆炸以后的时光英文行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由于随宇宙膨胀而放大,没法就由于成为尺度很大的宇宙弦。这一 宇宙弦能否长达几万光年,成为连接5个 多多多黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,你们都 用到了十根宇宙弦。

  如下图所示,暗蓝色的宇宙弦是5个 多多多闭弦,能否振动起来产生负能量。你们都 计算了哪些地方地方负能量对时光英文几何的影响,发现它的确能否出理 虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是5个 多多多开弦,它连接了5个 多多多带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止5个 多多多黑洞相互靠拢。

  这一 出理 方案使得虫洞不但稳定,以能否否被穿越。穿越这一 虫洞所大约的时间,大致与距离与光速的商在同5个 多多多量级,什么都有 ,这是5个 多多多“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有 ,另5个 多多多的永久虫洞全是就说 适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  以后的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光英文(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了三种生活在宇宙学常数为0的时光英文中能否占据 的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来真是更符合实际。