宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,同类由广义相对论预言的奇特特性,是连接旧時光中相距遥远的有2个 区域的捷径,不需要寄托了好多好多 人实现旧時光旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的存在,更太满从虫洞中穿越了。

  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,亲们构造了有2个 可穿越虫洞的新模型。根据亲们的研究,原来 的虫洞还须要在宇宙学常数等于0的旧時光中存在。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,亲们首先论证了可穿越虫洞在一般的旧時光中是不存在的,而这身旁用到的物理原理是“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,同类原理还须要认为是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,有2个 旋转的带电黑洞可能性性旋转得很慢,可能性巨大的旋转角下行速度 会让被黑洞视界快递包囊的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯可不都里能 从数学物理的深层来证明同类猜想,于是他认为,须要有2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,亲们首真难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在旧時光中,光子的轨迹是十根类光曲线,这条曲线在旧時光中的每不需要 全部都有有2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,还须要看成有2个 矩阵;而k是有2个 矢量,还须要看成是有2个 列向量。不需要,当T与有2个 k相乘,得到有2个 数。对于所有普通的物质,同类数是大于等于0的,这不需要类光能量条件:

  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,真难 旧時光可不都里能 有特殊的拓扑特性。也不需要说,旧時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,而不应该老出同类自行车内胎原来 的奇怪拓扑特性。而可穿越虫洞,就属于同类奇怪的拓扑。好多好多 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的旧時光中,可穿越虫洞不需要存在。

  须要违反类光能量条件

  真难 ,那此完后 虫洞还须要存在,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为同类旧時光的拓扑特性,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,有有2个 基本原则,那不需要物质场的能量动量张量须要违反类光能量条件。

  任何有2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,可能性一群光子不需要穿越虫洞,真难 这群光子对应的测地线可不都里能 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,光线可不都里能 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不需要撞上奇点——在同类情况表下,聚焦在虫洞一端的光线在一蹶不振 虫洞的另一端都有散开,原来 才还须要从虫洞中逃出来。”

  不需要,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同有2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,亲们就在此基础上,构造了有2个 可穿越的虫洞。

  首先,亲们须要有有2个 带电黑洞,不需要同类有2个 黑洞的电荷是相反的。也不需要说,其中有2个 黑洞带正电,原来 黑洞带负电。(人太好原来 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的正常旧時光中存在)为那此要让黑洞携带电荷?这是可能性带电黑洞内部人员的奇点还须要被拉伸扭曲,从而形成一座通向原来 带电黑洞的桥,同类桥不需要科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  不需要,有了虫洞的雏形还是不够的。可能性带电黑洞之间存在万有引力和电磁力,那此力全部都有相互吸引的,它们会让有2个 黑洞相互靠近,这就可不都里能 构创造发明有2个 稳定的虫洞。

  真难 ,怎样可不都里能 让虫洞稳定下来呢?亲们想到了宇宙弦。

  宇宙弦是有2个 来自弦论的理论模型,还须要被看成是大爆炸完后 的旧時光特性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可能性随宇宙膨胀而放大,真难 就可能性成为尺度很大的宇宙弦。同类宇宙弦还须要长达几万光年,成为连接有2个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲们用到了十根宇宙弦。

  如下图所示,深紫色 的宇宙弦是有2个 闭弦,还须要振动起来产生负能量。亲们计算了那此负能量对旧時光几何的影响,发现它的确还须要解决虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是有2个 开弦,它连接了有2个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有2个 黑洞相互靠拢。

  同类解决方案使得虫洞不但稳定,不需要还须要被穿越。穿越同类虫洞所共要的时间,大致与距离与光速的商在同有2个 量级,好多好多 ,这是有2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,穿越的时间则要长好多好多 ,原来 的永久虫洞太满适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  完后 的可穿越虫洞研究大多都与反德西特旧時光(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了同类在宇宙学常数为0的旧時光中还须要存在的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来人太好更符合实际。