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微观虫洞理论上是可能的,只是不适合星际旅行

2021-03-10 18:32 前瞻网   

 

微观虫洞理论上是可能的,只是不适合星际旅行

虫洞在许多科幻电影中扮演着关键角色——通常是空间中两个遥远点之间的捷径。然而,在物理学中,这些时空隧道仍然是纯粹的假设。由奥尔登堡大学的Jose Luis Blázquez-Salcedo博士领导的一个国际团队在科学杂志《物理评论快报》上提出了一个新的理论模型,该模型使微观虫洞看起来不像以前的理论那么牵强。

虫洞和黑洞一样,出现在爱因斯坦于1916年发表的广义相对论的方程式中。爱因斯坦理论的一个重要假设是宇宙有四维——三个空间维度,时间是第四维。它们合在一起形成了所谓的时空,而时空可以被恒星等大质量物体拉伸和弯曲,就像橡皮板被一个金属球陷进去而弯曲一样。

时空的曲率决定了宇宙飞船和行星等物体的运动方式,也决定了光在其中的运动方式。Blázquez-Salcedo表示,“理论上,在没有大质量物体的情况下,时空也可以弯曲。”在这种情况下,虫洞将是时空中一个极其弯曲的区域,就像两个相互连接的漏斗,连接空间中两个遥远的点,就像一条隧道。“从数学的角度来看,这样的捷径是可能的,但没有人观察过真正的虫洞。”

而且,这样的虫洞是不稳定的。举个例子,如果一艘宇宙飞船飞进一个黑洞,它会立即坍塌成一个黑洞——一个物体消失了,再也看不见了。虫洞连接所提供的宇宙中的其他地方或会被剪除。先前的模型表明,保持虫洞打开的唯一方法就是利用一种奇异的物质,有着一个负质量,换句话说质量为负数,只存在于理论。然而,Blázquez-Salcedo和他的同事——来自奥尔登堡大学的Christian Knoll博士以及来自葡萄牙阿维罗大学的Eugen Radu——在他们的模型中证明,即使没有这种物质,虫洞也可以穿越。

研究人员选择了一种相对简单的“半经典”方法。他们把相对论的元素与量子理论和经典电动力学理论的元素结合起来。在他们的模型中,他们认为某些基本粒子,如电子和它们的电荷是通过虫洞的物质。作为数学描述,他们选择了狄拉克方程,一个根据量子理论和相对论描述粒子概率密度函数的公式,称为狄拉克场。

正如物理学家在研究中所描述的,他们的模型包括狄拉克场,允许一个虫洞的存在,可通过物质,虫洞的电荷与质量的比值超过了一定的限制。除了物质之外,信号——例如电磁波——也可以穿越时空中的微小通道。不过,研究小组设想的微观虫洞可能不适合星际旅行。此外,该模型还需要进一步改进,以查明这种不寻常的结构是否真的存在。Blázquez-Salcedo说,“我们认为虫洞也可以存在于一个完整的模型中。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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