你可以穿越虫洞,但它其实很慢!来自常春藤盟校的科学家!

狭义相对论,自从1905年阿尔伯特·爱因斯坦首次提出这个概念以来,它就一直是太空探险家、未来学家和科幻小说作家的祸根。对于我们这些梦想着人类有朝一日成为星际物种的人来说,这一科学事实就像一件令人扫兴的事,因为它离我们实在太远了。幸运的是,有一些理论概念已经被提出,这些概念表明,总有一天,超光速旅行(FTL)仍然是可能的。

目前一个流行的例子关于虫洞的概念是来自一种推测性的结构,在时空中连接两个遥远的点,使星际空间旅行成为可能。但是最近,一组常春藤盟校的科学家进行了一项研究,表明“可穿越的虫洞”实际上是现实的。坏消息是,他们的研究结果表明,这些虫洞并不完全是捷径,它们可能相当于宇宙中的“长路漫漫”!

虫洞理论最初是爱因斯坦广义相对论(GR)场方程的一种可能解。1915年爱因斯坦发表该理论后不久,德国物理学家卡尔·史瓦西发现了一个可能的解决方案,不仅预言了黑洞的存在,而且还预言了连接黑洞的捷径。

不幸的是,史瓦西发现任何连接两个黑洞的虫洞都会坍塌得太快,任何东西都无法从一端穿过另一端。唯一能穿越它们的方法是它们被具有负能量密度的外来物质的存在所稳定。哈佛大学(Harvard University)物理学副教授丹尼尔·贾佛瑞斯(Daniel Jafferis)对此持不同观点,他认为可穿越虫洞结构的前景一直是一个迷人的想象,或许不会那么糟糕。

为了本研究的目的,科学家检验了爱因斯坦和Nathan Rosen在1935年所做的工作。为了扩展Schwarszchild和其他科学家寻找GR解决方案的工作,他们提出了时空中两个遥远点之间可能存在的“桥梁”(被称为“爱因斯坦-罗森桥”或“虫洞”),理论上可以允许物质和物体在它们之间通过。

到2013年,理论物理学家伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)和胡安·马尔达塞纳(Juan Maldacena)将这一理论用作GR和“量子纠缠”的可能解决方案。这个理论被称为ER=EPR猜想,它表明虫洞就是为什么一个基本粒子的状态可以和它的伙伴纠缠在一起,即使它们相隔数十亿光年。

正是从这里,科学家雅弗里斯发展了他的理论,假设虫洞实际上可以被光粒子穿过(又名虫洞)。光子)。为了验证这一点,雅弗里斯在Ping Gao和Aron Wall(分别是哈佛大学的研究生和斯坦福大学的研究科学家)的帮助下进行了分析。

他们发现,虽然理论上可以穿过虫洞,但这并不是我们所希望的宇宙捷径。正如Jafferis在AIP的一份新闻声明中所解释的那样,“穿过这些虫洞比直接进入要花更长的时间,所以它们对太空旅行不是很有用。”

基本上,他们的分析结果表明,黑洞之间的直接连接比虫洞连接要短。对于那些对星际旅行(以及星系间旅行)的前景感到兴奋的人来说,这听起来无疑是个坏消息,但好消息是,这个理论为量子力学领域提供了一些新的见解。

“这项工作的真正意义在于它与黑洞信息问题的关系,以及重力和量子力学之间的联系,”Jafferis说。他提到的这个“问题”被称为黑洞信息悖论,这是自1975年以来天体物理学家一直在努力解决的问题,当时斯蒂芬·霍金发现黑洞有温度,并且缓慢地泄漏出霍金辐射(实际上这个辐射还没被证实过)。

这个悖论与黑洞是如何保存进入黑洞的任何信息有关。科学家认为任何吸积到表面的物质即使会被压缩到奇点,但由于时间膨胀,物质在压缩时的量子态会被保存下来。简单来说它会在时间中冻结。

但是如果黑洞以辐射的形式失去质量并最终蒸发,这些信息最终将会丢失。通过发展一种理论,光可以穿过黑洞,这项研究可以发展出一种解决这个悖论的方法,即霍金辐射实际上来自时空的另一个区域。

它也可能帮助那些试图发展一种将引力与量子力学统一起来的理论的科学家,即量子引力,。这是因为Jafferis使用量子场论工具来假设可穿越黑洞的存在,从而消除了对外来粒子和负质量的需要,它提供了一个关于视界后面区域的因果探知,一个观察时空内部观察者体验的可以从外部进入的窗口,它将教会我们关于规范重力对应关系、量子重力的深层次知识,甚至可能是一种新的量子力学表述方式。

但是理论物理的突破可能是一把双刃剑,一只手拿回来,另一只手拿走。因此,尽管这项研究可能给超光速旅行的梦想泼了更多冷水,但它很可能帮助我们解开宇宙中一些更深层次的谜团。谁知道呢?也许其中的一些知识会让我们找到一种方法来绕过这个被称为狭义相对论的绊脚石!你说呢?

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