宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,什儿 由广义相对论预言的奇特形态学 ,是连接流年中相距遥远的有有另有四个 区域的捷径,也不寄托了也不 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趋于稳定,更难能可贵从虫洞中穿越了。

  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,有人构造了有有另有四个 可穿越虫洞的新模型。根据有人的研究,这麼 的虫洞都都都里能在宇宙学常数等于0的流年中趋于稳定。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,有人首先论证了可穿越虫洞在一般的流年中是不趋于稳定的,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,什儿 原理都都都里能认为是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,有有另有四个 旋转的带电黑洞不也不旋转得这麼来越快,也不巨大的旋转角效率会让被黑洞视界快递邮邮寄快件的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯只有从数学物理的深度来证明什儿 猜想,于是他认为,都都里能有有另有四个 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,亲戚有人首太难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在流年中,光子的轨迹是第一根类光曲线,这条曲线在流年中的每也只有有有另有四个 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,都都都里能看成有有另有四个 矩阵;而k是有有另有四个 矢量,都都都里能看成是有有另有四个 列向量。也不,当T与有有另有四个 k相乘,得到有有另有四个 数。对于所有普通的物质,什儿 数是大于等于0的,这也不类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,也不宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,这麼流年只有有特殊的拓扑形态学 。也也不说,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,而不应该出現例如自行车内胎这麼 的奇怪拓扑形态学 。而可穿越虫洞,就属于一种奇怪的拓扑。也不 ,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的流年中,可穿越虫洞不必趋于稳定。

  都都里能违反类光能量条件

  这麼,什儿 如果虫洞都都都里能趋于稳定,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为一种流年的拓扑形态学 ,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。

  可穿越虫洞的趋于稳定,有有有另有四个 基本原则,那也不物质场的能量动量张量都都里能违反类光能量条件。

  任何有有另有四个 的可穿越虫洞,都都里能有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,也不一群光子要我穿越虫洞,这麼这群光子对应的测地线只有在虫洞里汇聚,这都都里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都都都里能看出,在虫洞中,光线只有在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不必撞上奇点——在什儿 清况 下,聚焦在虫洞一端的光线在失去虫洞的另一端都都里能散开,这麼 才都都都里能从虫洞中逃出来。”

  也不,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同有有另有四个 结论:“要想穿越虫洞,都都里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,有人就在此基础上,构造了有有另有四个 可穿越的虫洞。

  首先,有人都都里能有有有另有四个 带电黑洞,也不这有有另有四个 黑洞的电荷是相反的。也也不说,其中有有另有四个 黑洞带正电,这麼 黑洞带负电。(难能可贵这麼 的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它都都都里能在宇宙学常数等于0的正常流年中趋于稳定)为什儿 要让黑洞携带电荷?这是也不带电黑洞内部人员的奇点都都都里能被拉伸扭曲,从而形成一座通向这麼 带电黑洞的桥,什儿 桥也不科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  也不,有了虫洞的雏形还是不足的。也不带电黑洞之间趋于稳定万有引力和电磁力,什儿 力都都里能相互吸引的,它们会让有有另有四个 黑洞相互靠近,这就只有构发明家 有有另有四个 稳定的虫洞。

  这麼,何如也能让虫洞稳定下来呢?有人想到了宇宙弦。

  宇宙弦是有有另有四个 来自弦论的理论模型,都都都里能被看成是大爆炸如果的流年形态学 被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中出現的弦也不随宇宙膨胀而放大,这麼就也不成为尺度很大的宇宙弦。什儿 宇宙弦都都都里能长达几万光年,成为连接有有另有四个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,有人用到了第一根宇宙弦。

  如下图所示,浅蓝色的宇宙弦是有有另有四个 闭弦,都都都里能振动起来产生负能量。有人计算了什儿 负能量对流年几何的影响,发现它的确都都都里能解决虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是有有另有四个 开弦,它连接了有有另有四个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有有另有四个 黑洞相互靠拢。

  什儿 解决方案使得虫洞不但稳定,也不都都都里能被穿越。穿越什儿 虫洞所共要的时间,大致与距离与光速的商在同有有另有四个 量级,也不 ,这是有有另有四个 “不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长也不 ,这麼 的永久虫洞难能可贵适合星际旅行,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流年(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了一种在宇宙学常数为0的流年中都都都里能趋于稳定的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来难能可贵更符合实际。