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    • 广义相对论虫洞可以是稳定的

      广义相对论虫洞可以是稳定的插图

      一个疯狂的新理论表明,虫洞,或者说黑洞之间的门户,也可以是稳定的。

      这一发现与先前的理论相矛盾,即当物质通过它们时,这些时空捷径就会崩溃。

      这一巨大变化来自于相对论数学中的细节差异,但最终极大地改变了我们对虫洞行为方式的总体看法。

      首先,相对论就像一台机器。把某些物体–比如说,一个质量或粒子–放进去,机器就会吐出这个集合在重力作用下的行为。广义相对论中的一切都以空间和时间的运动为基础。物体从特定的物理坐标开始,它们四处移动,并最终在其他坐标上结束。

      虽然广义相对论的规则是固定的,但理论本身提供了很大的自由度,可以用数学来描述这些坐标。物理学家把这些不同的描述称为 “度规”。把度规看作是描述如何去你奶奶家过感恩节的不同方式。这可能是街道牌,基于卫星的经纬度,或在餐巾纸上潦草地写下的地标。你的导航方式在每种情况下都是不同的,但无论你选择哪种标准,你最终都会到达奶奶家。

      同样,物理学家可以用不同的度规来描述相同的情况,有时一个度规比另一个度规更有帮助–就像一开始用街道的方向,但切换到餐巾纸地图来仔细检查你是否在正确的地标。

      当涉及到黑洞和虫洞时,有几个潜在的度规。最受欢迎的是施瓦兹-席尔德度规,最早用于推导出黑洞的理论工具。但施瓦兹-席尔德度量包含一些古怪的数学。该度量在距离黑洞的一个特定距离上会出现问题,这个距离今天被称为施瓦茨-席尔德半径或事件视界。

      我们所说的 “行为失常”,是指度规完全崩溃了,它不再能区分空间和时间中的不同点。

      但是有另一种度规,叫做爱丁顿-芬克尔斯坦度规,它确实描述了粒子到达事件穹界时的情况:它们直接穿过并落入黑洞,再也看不到了。

      这一切与虫洞有什么关系?构建虫洞的最简单方法是用黑洞的镜像,即白洞,来 “扩展” 黑洞的概念。这个想法是由爱因斯坦和内森·罗森首先提出的,因此虫洞有时被称为 “爱因斯坦-罗森桥”。

      黑洞从不放出任何东西,白洞则无法放进任何东西。要制造一个虫洞,你只需把一个黑洞和一个白洞连接起来,然后把它们的奇点(即它们中心的无限密度点)连接起来。这就创造了一条穿越时空的隧道。

      结果是什么?一个高度不稳定的隧道。

      一旦理论上的虫洞存在,我们完全有理由问,如果有人真的试图穿过它,会发生什么。这就是广义相对论的机制的作用。鉴于这种(非常有趣的)情况,粒子是如何表现的?

      标准的答案是,虫洞是讨厌的。白洞本身是不稳定的(甚至可能不存在),而虫洞内的极端力量迫使虫洞本身伸展开来,并在形成的瞬间像橡皮筋一样断裂。

      如果你想穿越虫洞呢?好吧,祝你好运。

      但爱因斯坦和罗森用通常的施瓦兹-席尔德度规构建了他们的虫洞,而大多数对虫洞的分析也使用相同的度规。因此,法国里昂高等师范学院的物理学家Pascal Koiran尝试了其他方法:用爱丁顿-芬克尔斯坦代替施瓦兹-席尔德。他的论文于10月上传至预印本数据库arXiv中,发表在本月的《现代物理学杂志D》上。

      Koiran发现,通过使用爱丁顿-芬克尔斯坦度规,他可以更容易地追踪一个粒子通过虫洞的路径。他发现,粒子可以穿过事件视界,进入虫洞隧道,并从另一侧逃脱,所有这些都是在有限的时间内完成的。爱丁顿-芬克尔斯坦度规在该轨迹的任何一点上都没有表现异常。

      这是否意味着爱因斯坦-罗森桥是稳定的?不尽然。

      广义相对论只告诉我们关于重力的行为,而不是自然界的其他力量。例如,热力学,也就是关于热和能量如何作用的理论,告诉我们白洞是不稳定的。如果物理学家试图在真实的宇宙中用真实的材料制造一个黑洞-白洞的组合,其他的数学制约关系表明能量密度会使虚空破碎。

      然而,Koiran的结果仍然很有趣,因为它指出虫洞并不像它们最初出现时那样具有灾难性,而且可能存在通过虫洞隧道的稳定路径,这完全是广义相对论所允许的。

      如果它们能让我们更快到达奶奶家就好了。

      广东·东莞
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