宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,两种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另两个区域的捷径,假如有一天寄托了好多好多 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处于,更不让从虫洞中穿越了。

  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,如果 人构造了另两个可穿越虫洞的新模型。根据如果 人的研究,另两个的虫洞能也能在宇宙学常数等于0的时光英文中处于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,如果 人首先论证了可穿越虫洞在一般的时光英文中是不处于的,而这头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,两种原理能也能认为是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,另两个旋转的带电黑洞可能性性旋转得太快了 了 ,可能性巨大的旋转角效率会让被黑洞视界快递快件的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯这样从数学物理的淬硬层 来证明两种猜想,于是他认为,能也能另两个像上帝一样的“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,如果 人首真难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光英文中,光子的轨迹是两根类光曲线,这条曲线在时光英文中的每如果 都不 另两个切矢量,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,能也能看成另两个矩阵;而k是另两个矢量,能也能看成是另两个列向量。假如有一天,当T与另两个k相乘,得到另两个数。对于所有普通的物质,两种数是大于等于0的,这要是类光能量条件:

  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,这样时光英文这样有特殊的拓扑行态。也要是说,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,而不应该突然老出相似自行车内胎另两个的奇怪拓扑行态。而可穿越虫洞,就属于两种奇怪的拓扑。好多好多 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光英文中,可穿越虫洞不让处于。

  能也能违反类光能量条件

  这样,哪些如果 虫洞能也能处于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为两种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。

  可穿越虫洞的处于,有另两个基本原则,那要是物质场的能量动量张量能也能违反类光能量条件。

  任何另两个的可穿越虫洞,能也能有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,可能性一群光子你要穿越虫洞,这样这群光子对应的测地线这样在虫洞里汇聚,这能也能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也能看出,在虫洞中,光线这样在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不让撞上奇点——在两种请况下,聚焦在虫洞一端的光线在抛妻弃子虫洞的另一端都不 散开,另两个也能也能从虫洞中逃出来。”

  假如有一天,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同另两个结论:“要想穿越虫洞,能也能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,如果 人就在此基础上,构造了另两个可穿越的虫洞。

  首先,如果 人能也能有另两个带电黑洞,假如有一天这另两个黑洞的电荷是相反的。也要是说,其中另两个黑洞带正电,另两个黑洞带负电。(随便说说另两个的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它能也能在宇宙学常数等于0的正常时光英文中处于)为哪些要让黑洞携带电荷?这是可能性带电黑洞内部人员的奇点能也能被拉伸扭曲,从而形成一座通向另两个带电黑洞的桥,两种桥要是科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  假如有一天,有了虫洞的雏形还是处于问题的。可能性带电黑洞之间处于万有引力和电磁力,哪些力都不 相互吸引的,它们会让另两个黑洞相互靠近,这就这样构发明权者另两个稳定的虫洞。

  这样,如何也能让虫洞稳定下来呢?如果 人想到了宇宙弦。

  宇宙弦是另两个来自弦论的理论模型,能也能被看成是大爆炸如果 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)。早期宇宙中突然老出的弦可能性随宇宙膨胀而放大,这样就可能性成为尺度很大的宇宙弦。两种宇宙弦能也能长达几万光年,成为连接另两个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,如果 人用到了两根宇宙弦。

  如下图所示,深蓝色的宇宙弦是另两个闭弦,能也能振动起来产生负能量。如果 人计算了哪些负能量对时光英文几何的影响,发现它的确能也能外理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是另两个开弦,它连接了另两个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止另两个黑洞相互靠拢。

  两种外理方案使得虫洞不但稳定,假如有一天能也能被穿越。穿越两种虫洞所为宜的时间,大致与距离与光速的商在同另两个量级,好多好多 ,这是另两个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长好多好多 ,另两个的永久虫洞不让适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  如果 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两种在宇宙学常数为0的时光英文中能也能处于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来随便说说更符合实际。