宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,其他由广义相对论预言的奇特型态,是连接时光英文中相距遥远的另另另一一有一个区域的捷径,很久寄托了不多村里人 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发生,更无须从虫洞中穿越了。

  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,我们我们 构造了另另另一一有一个可穿越虫洞的新模型。根据我们我们 的研究,原来的虫洞可不需用在宇宙学常数等于0的时光英文中发生。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,我们我们 首先论证了可穿越虫洞在一般的时光英文中是不发生的,而这手中用到的物理原理是“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,其他原理可不需用认为是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,另另另一一有一个旋转的带电黑洞不多可能 旋转得飞快,不可能 巨大的旋转角波特率会让被黑洞视界邮包的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯里能 了从数学物理的高度来证明其他猜想,于是他认为,需用另另另一一有一个像上帝一样的“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,我们我们 首很难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光英文中,光子的轨迹是第三根类光曲线,这条曲线在时光英文中的每其他都另另另另一一有一个切矢量,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,可不需用看成另另另一一有一个矩阵;而k是另另另一一有一个矢量,可不需用看成是另另另一一有一个列向量。很久,当T与另另另一一有一个k相乘,得到另另另一一有一个数。对于所有普通的物质,其他数是大于等于0的,这很久类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,不可能 宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,里能 了时光英文里能 了有特殊的拓扑型态。也很久说,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,而不应该总出 类事自行车内胎原来的奇怪拓扑型态。而可穿越虫洞,就属于一种生活生活奇怪的拓扑。不多有,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光英文中,可穿越虫洞不多发生。

  需用违反类光能量条件

  里能 了,几时虫洞可不需用发生,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为一种生活生活时光英文的拓扑型态,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。

  可穿越虫洞的发生,另另另另一一有一个基本原则,那很久物质场的能量动量张量需用违反类光能量条件。

  任何另另另一一有一个的可穿越虫洞,需用有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,不可能 一群光子很久穿越虫洞,里能 了这群光子对应的测地线里能 了在虫洞里汇聚,这需用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需用看出,在虫洞中,光线里能 了在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不多撞上奇点——在其他情况下,聚焦在虫洞一端的光线在离开虫洞的另一端很久 散开,原来才可不需用从虫洞中逃出来。”

  很久,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同另另另一一有一个结论:“要想穿越虫洞,需用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,我们我们 就在此基础上,构造了另另另一一有一个可穿越的虫洞。

  首先,我们我们 需用有另另另一一有一个带电黑洞,很久这另另另一一有一个黑洞的电荷是相反的。也很久说,其中另另另一一有一个黑洞带正电,原来黑洞带负电。(我实在原来的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可不需用在宇宙学常数等于0的正常时光英文中发生)为啥要让黑洞携带电荷?这是不可能 带电黑洞内部管理的奇点可不需用被拉伸扭曲,从而形成一座通向原来带电黑洞的桥,其他桥很久科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  很久,有了虫洞的雏形还是不足的。不可能 带电黑洞之间发生万有引力和电磁力,什么力全是相互吸引的,它们会让另另另一一有一个黑洞相互靠近,这就里能 了构创造创造发明另另另一一有一个稳定的虫洞。

  里能 了,怎么里能都里能 让虫洞稳定下来呢?我们我们 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是另另另一一有一个来自弦论的理论模型,可不需用被看成是大爆炸很久的时光英文型态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中总出 的弦不可能 随宇宙膨胀而放大,里能 了就不可能 成为尺度很大的宇宙弦。其他宇宙弦可不需用长达几万光年,成为连接另另另一一有一个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,我们我们 用到了第三根宇宙弦。

  如下图所示,浅蓝色的宇宙弦是另另另一一有一个闭弦,可不需用振动起来产生负能量。我们我们 计算了什么负能量对时光英文几何的影响,发现它的确可不需用处置虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是另另另一一有一个开弦,它连接了另另另一一有一个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止另另另一一有一个黑洞相互靠拢。

  其他处置方案使得虫洞不但稳定,很久可不需用被穿越。穿越其他虫洞所大概的时间,大致与距离与光速的商在同另另另一一有一个量级,不多有,这是另另另一一有一个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长不多有,原来的永久虫洞无须适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  很久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一种生活生活在宇宙学常数为0的时光英文中可不需用发生的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来我我实在更符合实际。