你可以穿过一个虫洞
狭义相对论。自从爱因斯坦1905年首次提出这一理论以来,它一直是太空探险家、未来学家和科幻作家的祸根。对于我们这些梦想人类有朝一日成为星际物种的人来说,这一科学事实就令人很扫兴。
幸运的是,有几个理论概念已经被提出,这些概念表明,有一天,超光速(FTL)旅行仍有可能实现。
一个流行的例子是虫洞的概念:一种将时空中两个遥远的点连接起来的推测结构,它将使星际空间旅行成为可能。
最近,一组常春藤联盟的科学家进行了一项研究,表明“可穿越的虫洞”实际上可能是一个现实。
坏消息是,他们的结果表明,这些虫洞并不完全是捷径,可能是宇宙中的“长途跋涉”!虫洞理论最初是作为爱因斯坦广义相对论(GR)场方程的一种可能解而提出的。
1915年爱因斯坦发表这一理论后不久,德国物理学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)发现了一种可能的解决方案,不仅可以预测黑洞的存在,还可以预测连接黑洞的通道。
不幸的是,史瓦西发现任何连接两个黑洞的虫洞都会以太快的速度坍塌,以至于任何东西都无法从一端穿越到另一端。
唯一可以穿越它们的方法是,它们被具有负能量密度的奇异物质的存在所稳定下来。
哈佛大学(Harvard University)托马斯·D·卡伯特(Thomas D.Cabot)物理学副教授丹尼尔·贾弗里斯(Daniel Jafferis)持不同观点。
他在科罗拉多州丹佛市举行的2019年4月美国物理学会会议上描述:“可穿越虫洞结构的前景长期以来一直是一个令人着迷的来源。
我将描述第一个例子,不涉及任何外来物质。
这种结构涉及虫洞两端之间的直接连接。
我还将讨论它对引力量子信息的意义、黑洞信息悖论及其与量子隐形传态的关系。
”为了本研究的目的,贾弗里斯研究了爱因斯坦和内森·罗森(Nathan Rosen)在1935年所做的工作。
为了扩大史瓦西和其他寻求广义相对论解决方案的科学家的工作,他们提出了在时空中两个遥远的点(称为“爱因斯坦-罗森桥”或“虫洞”)之间可能存在的“桥梁”,理论上可以让物质和物体在它们之间通过。
到2013年,理论物理学家伦伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)和胡安·马尔达切纳(Juan Maldacena)使用这一理论作为广义相对论和“量子纠缠”的可能解决方案。
这一理论被称为ER=EPR猜想,它表明虫洞是基本粒子态与伙伴粒子态纠缠的原因,即使它们之间相隔数十亿光年。
正是在这里,贾弗里斯发展了他的理论,假设虫洞实际上可以被光子穿过。
为了验证这一点,贾弗里斯在两位研究者的协助下进行了一项分析。
他们发现,虽然从理论上讲,光穿过虫洞是可能的,但它们并不是我们所有人都希望它们成为的宇宙捷径。
正如贾弗里斯在一份AIP新闻声明中解释的那样,“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感到兴奋的人来说,这听起来的确是个坏消息,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。
贾弗里斯说:“这项工作的真正意义在于它与黑洞信息问题的关系以及引力和量子力学之间的关系。
”他所指的“问题”被称为黑洞信息悖论,这是天体物理学家自1975年以来一直在努力解决的问题,当时斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)发现黑洞有温度并且慢慢地泄漏辐射(又称霍金辐射)。
这个悖论与黑洞如何能够保存任何进入它们的信息有关。
尽管任何吸附在其表面的物质都会被压缩到奇点,但由于时间膨胀,物质在被压缩时的量子态将保持不变(它会在时间上冻结)。
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。
通过发展光可以穿过黑洞的理论,这项研究可以代表一种解决这一悖论的方法。
与其说黑洞的辐射是质量能量的损失,不如说霍金辐射实际上是来自时空的另一个区域。
它还可以帮助那些试图发展一种理论,将引力和量子力学(又名量子引力,或“万物论”)的科学家)。
这是由于贾弗里斯使用量子场论工具假设存在可穿越的黑洞,从而消除了对奇异粒子和负质量(与量子引力不一致)的需要。
正如贾弗里斯所解释的那样:“它提供了一个对区域的因果探索,否则这些区域就会隐藏在事件视界后面,这是一个观察时空内的观察者的经验的窗口,可以从外部接触到这些区域。
我认为它将教会我们关于规范量子引力,甚至可能是量子力学的一种新方法。
”和以往一样,理论物理的突破可能是一把双刃剑,一只手给予,另一只手夺走。
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奥秘。
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