宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,你这名 由广义相对论预言的奇特底部形态,是连接时光图片 中相距遥远的原来区域的捷径,否则寄托了不多人实现时光图片 旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的趋于稳定,更不须从虫洞中穿越了。

  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,有人构造了原来可穿越虫洞的新模型。根据有人的研究,原来的虫洞能只能在宇宙学常数等于0的时光图片 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时光图片 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,你这名 原理能只能认为是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,原来旋转的带电黑洞不肯能旋转得太快了 ,肯能巨大的旋转角下行带宽 会让被黑洞视界国际包裹的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯只能从数学物理的厚度来证明你这名 猜想,于是他认为,都要原来像上帝一样的“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,有人儿首没人了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光图片 中,光子的轨迹是第一根类光曲线,这条曲线在时光图片 中的每你这名 都在原来切矢量,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,能只能看成原来矩阵;而k是原来矢量,能只能看成是原来列向量。否则,当T与原来k相乘,得到原来数。对于所有普通的物质,你这名 数是大于等于0的,这不多类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,肯能宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,没人时光图片 只能有特殊的拓扑底部形态。要是多说,时光图片 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,而不应该再次总出 相似自行车内胎原来的奇怪拓扑底部形态。而可穿越虫洞,就属于五种奇怪的拓扑。不多,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光图片 中,可穿越虫洞不不趋于稳定。

  都要违反类光能量条件

  没人,哪此但是 虫洞能只能趋于稳定,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为五种时光图片 的拓扑底部形态,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。

  可穿越虫洞的趋于稳定,有原来基本原则,那不多物质场的能量动量张量都要违反类光能量条件。

  任何原来的可穿越虫洞,都要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,肯能一群光子你能否 穿越虫洞,没人这群光子对应的测地线只能在虫洞里汇聚,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只能看出,在虫洞中,光线只能在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不不撞上奇点——在你这名 请况下,聚焦在虫洞一端的光线在拖累虫洞的另一端都在散开,原来都能否 只能从虫洞中逃出来。”

  否则,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同原来结论:“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,有人就在此基础上,构造了原来可穿越的虫洞。

  首先,有人都要有原来带电黑洞,否则这原来黑洞的电荷是相反的。要是多说,其中原来黑洞带正电,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,但理论上它能只能在宇宙学常数等于0的正常时光图片 中趋于稳定)为哪此要让黑洞携带电荷?这是肯能带电黑洞结构的奇点能只能被拉伸扭曲,从而形成一座通向原来带电黑洞的桥,你这名 桥不多科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  否则,有了虫洞的雏形还是缺陷的。肯能带电黑洞之间趋于稳定万有引力和电磁力,哪此力都在相互吸引的,它们会让原来黑洞相互靠近,这就只能构发明原来稳定的虫洞。

  没人,何如都能否 让虫洞稳定下来呢?有人想到了宇宙弦。

  宇宙弦是原来来自弦论的理论模型,能只能被看成是大爆炸但是 的时光图片 底部形态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中再次总出 的弦肯能随宇宙膨胀而放大,没人就肯能成为尺度很大的宇宙弦。你这名 宇宙弦能只能长达几万光年,成为连接原来黑洞的管道。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,湖蓝色的宇宙弦是原来闭弦,能只能振动起来产生负能量。有人计算了哪此负能量对时光图片 几何的影响,发现它的确能只能正确处理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是原来开弦,它连接了原来带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止原来黑洞相互靠拢。

  你这名 正确处理方案使得虫洞不但稳定,否则能只能被穿越。穿越你这名 虫洞所相当于 的时间,大致与距离与光速的商在同原来量级,不多,这是原来“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多,原来的永久虫洞不须适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  但是 的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光图片 (宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了五种在宇宙学常数为0的时光图片 中能只能趋于稳定的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来人太好更符合实际。