宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你你你什儿 由广义相对论预言的奇特型态,是连接流年中相距遥远的一个多多多区域的捷径,却说寄托了不用 人实现流年旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的占据 ,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,亲戚亲们构造了一个多多多可穿越虫洞的新模型。根据亲戚亲们的研究,却说的虫洞可不都要在宇宙学常数等于0的流年中占据 。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,亲戚亲们首先论证了可穿越虫洞在一般的流年中是不占据 的,而这肩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,你你你什儿 原理可不都要认为是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,一个多多多旋转的带电黑洞不愿因旋转得很快,愿因巨大的旋转角下行效率 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。但彭罗斯日后 从数学物理的淬硬层 来证明你你你什儿 猜想,于是他认为,都要一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,亲戚亲戚亲们首真难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在流年中,光子的轨迹是四根类光曲线,这条曲线在流年中的每许多都会 一个多多多切矢量,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,可不都要看成一个多多多矩阵;而k是一个多多多矢量,可不都要看成是一个多多多列向量。却说,当T与一个多多多k相乘,得到一个多多多数。对于所有普通的物质,你你你什儿 数是大于等于0的,这却说类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,愿因宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,日后 都日后 流年日后 有特殊的拓扑型态。也却说说,流年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,而不应该经常冒出类事自行车内胎却说的奇怪拓扑型态。而可穿越虫洞,就属于某种奇怪的拓扑。不用 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的流年中,可穿越虫洞不用占据 。

  都要违反类光能量条件

  日后 都日后 ,哪几个日后虫洞可不都要占据 ,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为某种流年的拓扑型态,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。

  可穿越虫洞的占据 ,一个多多多多基本原则,那却说物质场的能量动量张量都要违反类光能量条件。

  任何一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,愿因一群光子你日后 穿越虫洞,日后 都日后 这群光子对应的测地线日后 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可不都要看出,在虫洞中,光线日后 都日后 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不用撞上奇点——在你你你什儿 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,却说才可不都要从虫洞中逃出来。”

  却说,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同一个多多多结论:“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,亲戚亲们就在此基础上,构造了一个多多多可穿越的虫洞。

  首先,亲戚亲们都要一个多多多多带电黑洞,却说这二个多多多黑洞的电荷是相反的。也却说说,其中一个多多多黑洞带正电,却说黑洞带负电。(着实却说的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可不都要在宇宙学常数等于0的正常流年中占据 )为哪几个要让黑洞携带电荷?这愿因带电黑洞内部的奇点可不都要被拉伸扭曲,从而形成一座通向却说带电黑洞的桥,你你你什儿 桥却说科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  却说,有了虫洞的雏形还是欠缺的。愿因带电黑洞之间占据 万有引力和电磁力,哪几个力都会 相互吸引的,它们会让一个多多多黑洞相互靠近,这就日后 构发名人一个多多多稳定的虫洞。

  日后 都日后 ,怎么才能 才能 都日后 让虫洞稳定下来呢?亲戚亲们想到了宇宙弦。

  宇宙弦是一个多多多来自弦论的理论模型,可不都要被看成是大爆炸日后的流年型态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中经常冒出的弦愿因随宇宙膨胀而放大,日后 都日后 就愿因成为尺度很大的宇宙弦。你你你什儿 宇宙弦可不都要长达几万光年,成为连接一个多多多黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲戚亲们用到了四根宇宙弦。

  如下图所示,湖蓝色的宇宙弦是一个多多多闭弦,可不都要振动起来产生负能量。亲戚亲们计算了哪几个负能量对流年几何的影响,发现它的确可不都要除理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是一个多多多开弦,它连接了一个多多多带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止一个多多多黑洞相互靠拢。

  你你你什儿 除理方案使得虫洞不但稳定,却说可不都要被穿越。穿越你你你什儿 虫洞所相当于的时间,大致与距离与光速的商在同一个多多多量级,不用 ,这是一个多多多“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长不用 ,却说的永久虫洞并不适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  日后的可穿越虫洞研究大多都与反德西特流年(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的流年中可不都要占据 的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来着实更符合实际。