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宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,这个 由广义相对论预言的奇特型态,是连接流年英文中相距遥远的另俩个区域的捷径,或者寄托了可是我我人实现流年英文旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的存在,更并不一定从虫洞中穿越了。

  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,让让当我们 歌词 构造了另俩个可穿越虫洞的新模型。根据让让当我们 歌词 的研究,曾经的虫洞可不还要在宇宙学常数等于0的流年英文中存在。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,让让当我们 歌词 首先论证了可穿越虫洞在一般的流年英文中是不存在的,而这身旁用到的物理原理是“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,这个 原理可不还要认为是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,另俩个旋转的带电黑洞不因为旋转得这么来越快,因为巨大的旋转角效率会让被黑洞视界邮邮寄国际包裹的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯不让 不让 从数学物理的厚度来证明这个 猜想,于是他认为,还要另俩个像上帝一样的“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,让让当我们 歌词 首太难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在流年英文中,光子的轨迹是三根类光曲线,这条曲线在流年英文中的每其他一定会另俩个切矢量,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,可不还要看成另俩个矩阵;而k是另俩个矢量,可不还要看成是另俩个列向量。或者,当T与另俩个k相乘,得到另俩个数。对于所有普通的物质,这个 数是大于等于0的,这倘若类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,因为宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,这么流年英文不让 不让 有特殊的拓扑型态。也倘若说,流年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,而不应该老出同类于自行车内胎曾经的奇怪拓扑型态。而可穿越虫洞,就属于并不是奇怪的拓扑。可是我我,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的流年英文中,可穿越虫洞不让存在。

  还要违反类光能量条件

  这么,哪几个事先虫洞可不还要存在,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为并不是流年英文的拓扑型态,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。

  可穿越虫洞的存在,有另俩个基本原则,那倘若物质场的能量动量张量还要违反类光能量条件。

  任何另俩个的可穿越虫洞,还要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,因为一群光子让你穿越虫洞,这么这群光子对应的测地线不让 不让 在虫洞里汇聚,这还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可不还要看出,在虫洞中,光线不让 不让 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——在这个 情况表下,聚焦在虫洞一端的光线在失去虫洞的另一端一定会散开,曾经才可不还要从虫洞中逃出来。”

  或者,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同另俩个结论:“要想穿越虫洞,还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,让让当我们 歌词 就在此基础上,构造了另俩个可穿越的虫洞。

  首先,让让当我们 歌词 还要有另俩个带电黑洞,或者这另俩个黑洞的电荷是相反的。也倘若说,其中另俩个黑洞带正电,曾经黑洞带负电。(真是曾经的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它可不还要在宇宙学常数等于0的正常流年英文中存在)为哪几个要让黑洞携带电荷?这是因为带电黑洞结构的奇点可不还要被拉伸扭曲,从而形成一座通向曾经带电黑洞的桥,这个 桥倘若科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  或者,有了虫洞的雏形还是缺陷的。因为带电黑洞之间存在万有引力和电磁力,哪几个力一定会相互吸引的,它们会让另俩个黑洞相互靠近,这就不让 不让 构伟大的发明另俩个稳定的虫洞。

  这么,怎么不让 让虫洞稳定下来呢?让让当我们 歌词 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是另俩个来自弦论的理论模型,可不还要被看成是大爆炸事先的流年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)。早期宇宙中老出的弦因为随宇宙膨胀而放大,这么就因为成为尺度很大的宇宙弦。这个 宇宙弦可不还要长达几万光年,成为连接另俩个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,让让当我们 歌词 用到了三根宇宙弦。

  如下图所示,深蓝色的宇宙弦是另俩个闭弦,可不还要振动起来产生负能量。让让当我们 歌词 计算了哪几个负能量对流年英文几何的影响,发现它的确可不还要解决虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是另俩个开弦,它连接了另俩个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止另俩个黑洞相互靠拢。

  这个 解决方案使得虫洞不但稳定,或者可不还要被穿越。穿越这个 虫洞所合适的时间,大致与距离与光速的商在同另俩个量级,可是我我,这是另俩个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长可是我我,曾经的永久虫洞并不一定适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  事先的可穿越虫洞研究大多都与反德西特流年英文(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了并不是在宇宙学常数为0的流年英文中可不还要存在的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来真是更符合实际。