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    【中国科学报】虫洞能否传来“那边”的事儿
    发布日期:2019-12-24 供稿单位:宣传部 浏览次数:

      



      虫洞是爱因斯坦引力场方程的一组特解,由于其连接时空连续体的两个点,自虫洞的概念诞生以来,科学家们一直在讨论利用其实现时空穿越的可能性。

      近日,扬州大学引力与宇宙学研究中心教授戴德昌团队与纽约州立大学布法罗分校合作,讨论了引力或电磁波穿越虫洞引起另一侧扰动的可能性,以及对这种扰动进行观测所需的条件。他们的研究发表在《物理评论D辑》上。

      穿越虫洞的引力线

      戴德昌告诉《中国科学报》,引力场方程的第一个解是德国天文学家卡尔·史瓦西于1916年发现的、建立在史瓦西度规上的所谓史瓦西虫洞解。然而,这类虫洞只能存在一瞬间,若要令其维持足够穿越的时间,则需要具有负能量的奇异物质提供额外能量。

      史瓦西发表论文几个月后,奥地利物理学家弗莱姆也提出了一个解,爱因斯坦和同事罗森在研究引力场方程时假设黑洞与白洞透过虫洞连接,认为通过这类虫洞可以做一瞬间的时空转移。因此,这类虫洞又被称为爱因斯坦—罗森桥。

      戴德昌解释道,当初LIGO(激光干涉引力波天文台)捕捉到两个黑洞合并产生的引力波时,发现这个引力波有回声,于是有人猜测,这个回声是经由虫洞传到对边,又返回来形成的。

      受此启发,此次戴德昌等人讨论了引力或电磁波穿越虫洞引起另一侧扰动的可能性。戴德昌认为,虽然时空旅行仍遥不可及,但是如果爱因斯坦的理论是正确的,虫洞一侧的引力场或电磁场就会经由虫洞传播至另一侧,对该侧的恒星等天体形成扰动。

      “虫洞是实数解,而并非所谓虚数空间,只要其存在,引力线就可以传递过来?!贝鞯虏?。

      爱因斯坦错了吗

      经过计算,戴德昌认为如果这种扰动作用存在,从地球对天体加速度的观测精度要达到10-6m/s2,才能捕捉到这种扰动。

      戴德昌选择了位于银河系中心的超大质量黑洞人马座Sgr A*附近的恒星S2进行观测。对于这个选择戴德昌有几点考虑。

      首先,戴德昌说,Sgr A*很近,而且科学家对它及其附近的大质量天体,如恒星,都了解得比较充分,数据已经累积了20年,因此精度较高。其中,对S2加速度的观测精度已能达到2×10-5m/s2,并有可能进一步提高到10-6m/s2。

      此外,Sgr A*的外形比较纯粹,没有吸积盘。如果是其他有吸积盘的黑洞,如之前用于绘制第一张黑洞照片的室女座M87,就会导致引力场过于复杂,很难捕捉到可能穿过虫洞的引力。

      我们离星际穿越还有多远

      扬州大学引力与宇宙学研究中心教授王元君告诉《中国科学报》,根据目前所知,虫洞无法用作星际穿越。这是因为在广义相对论中,这类虫洞极度弯曲,需要奇异物质支撑,而目前并没发现这些物质。

      但是,宇宙学观测显示,宇宙正在加速膨胀,原因未明。一个可能性是存在宇宙常数或者其他的场,但也有可能广义相对论并非完全正确,需要加以推广修正,就像广义相对论本身推广了牛顿引力那样。

      王元君说,这件事可以拿海王星和水星的故事做比较。

      “当初天王星的轨道和牛顿引力的理论预测有偏差,于是天文学家推理说外面还有行星,其引力影响了天王星的轨道。理论预言这颗行星在哪儿,观测一看真找到了海王星?!蓖踉?。

      “后来水星近日点的漂移也和牛顿引力有差异,本来以为有更靠近太阳的一颗行星‘Vulcan’。虽然数次宣称被观测到了,但一直没有确定下来。后来才发现是因为牛顿引力在引力场强的地方(太阳附近)必须被广义相对论修正,所以没有‘Vulcan’?!?/span>

      如果观测数据不能完全通过现有理论以及对周围天体的了解加以解释,就要讨论是否是虫洞引力场或是暗物质、暗能量等还没发现的东西引起的,或者广义相对论必须被进一步修正。

      在这些“修正引力”理论中,可能允许不需要负能量且可穿越的虫洞存在。但是,构建修正引力理论本身有困难,所以可穿越的虫洞目前看来存在的可能性不大。

      此外,王元君介绍,2013年,斯坦福大学教授萨斯坎德与普林斯顿高等研究院教授马尔达西那共同提出了ER=EPR猜想。ER=EPR一说指出,量子纠缠可能和虫洞有关系,即虫洞就是这一对黑洞的量子纠缠。

      “遗憾的是,这类虫洞依然是不可穿越的?!蓖踉?,“就像量子纠缠并不能允许我们超光速地传递信息?!?/span>

      相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.083513

      报道链接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/12/352286.shtm

    ——《中国科学报》 2019年12月24 第8版 探索发现




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