宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,一点由广义相对论预言的奇特型态,是连接時光图片 中相距遥远的两个 区域的捷径,就是我寄托了好多好多 人们实现時光图片 旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的处于,更不言而喻从虫洞中穿越了。

  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,亲戚亲戚我门都 构造了两个 可穿越虫洞的新模型。根据亲戚亲戚我门都 的研究,曾经的虫洞都前要在宇宙学常数等于0的時光图片 中处于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚我门都 首先论证了可穿越虫洞在一般的時光图片 中是不处于的,而这肩头用到的物理原理是“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,一点原理都前要认为是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,两个 旋转的带电黑洞不就是我旋转得比较慢,就是我巨大的旋转角角度会让被黑洞视界快递包囊的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯还还里能 从数学物理的角度来证明一点猜想,于是他认为,前要两个 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,亲戚亲戚我门都 首很难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在時光图片 中,光子的轨迹是第第一根 类光曲线,这条曲线在時光图片 中的每一点后要两个 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,都前要看成两个 矩阵;而k是两个 矢量,都前要看成是两个 列向量。就是我,当T与两个 k相乘,得到两个 数。对于所有普通的物质,一点数是大于等于0的,这就是我类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,就是我宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,里还还里能 時光图片 还还里能 有特殊的拓扑型态。也就是我说,時光图片 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,而不应该突然出先累似 自行车内胎曾经的奇怪拓扑型态。而可穿越虫洞,就属于四种 奇怪的拓扑。好多好多 有,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的時光图片 中,可穿越虫洞后要处于。

  前要违反类光能量条件

  里还还里能 ,什么前一天虫洞都前要处于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为四种 時光图片 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。

  可穿越虫洞的处于,有两个 基本原则,那就是我物质场的能量动量张量前要违反类光能量条件。

  任何两个 的可穿越虫洞,前要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,就是我一群光子我应该 穿越虫洞,里还还里能 这群光子对应的测地线还还里能 在虫洞里汇聚,这前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都前要看出,在虫洞中,光线里还还里能 在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才后要撞上奇点——在一点请况下,聚焦在虫洞一端的光线在被抛弃虫洞的另一端后要散开,曾经才都前要从虫洞中逃出来。”

  就是我,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同两个 结论:“要想穿越虫洞,前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,亲戚亲戚我门都 就在此基础上,构造了两个 可穿越的虫洞。

  首先,亲戚亲戚我门都 前要有两个 带电黑洞,就是我一点个 黑洞的电荷是相反的。也就是我说,其中两个 黑洞带正电,曾经黑洞带负电。(觉得 曾经的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它都前要在宇宙学常数等于0的正常時光图片 中处于)为啥要让黑洞携带电荷?这是就是我带电黑洞外部的奇点都前要被拉伸扭曲,从而形成一座通向曾经带电黑洞的桥,一点桥就是我科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  就是我,有了虫洞的雏形还是缺乏的。就是我带电黑洞之间处于万有引力和电磁力,什么力后要相互吸引的,它们会让两个 黑洞相互靠近,这就还还里能 构发明权两个 稳定的虫洞。

  里还还里能 ,怎么够让虫洞稳定下来呢?亲戚亲戚我门都 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是两个 来自弦论的理论模型,都前要被看成是大爆炸前一天的時光图片 型态被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中突然出先的弦就是我随宇宙膨胀而放大,里还还里能 就就是我成为尺度很大的宇宙弦。一点宇宙弦都前要长达几万光年,成为连接两个 黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚我门都 用到了第第一根 宇宙弦。

  如下图所示,浅紫色的宇宙弦是两个 闭弦,都前要振动起来产生负能量。亲戚亲戚我门都 计算了什么负能量对時光图片 几何的影响,发现它的确都前要正确处理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是两个 开弦,它连接了两个 带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止两个 黑洞相互靠拢。

  一点正确处理方案使得虫洞不但稳定,就是我都前要被穿越。穿越一点虫洞所最少的时间,大致与距离与光速的商在同两个 量级,好多好多 有,这是两个 “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 有,曾经的永久虫洞不言而喻适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  前一天的可穿越虫洞研究大多都与反德西特時光图片 (宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了四种 在宇宙学常数为0的時光图片 中都前要处于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来觉得 更符合实际。