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时空涟漪可揭示虫洞的形状?

时间:2018-11-09 16:52:03

虫洞是理论上可以连接遥远时空的入口——通常被描述为由一条狭窄的隧道连接的巨大重力井,但确切形状尚不清楚。然而,现在俄罗斯的一位物理学家发明了一种测量对称虫洞形状的方法(尽管它们还没有被证实存在)基于物体可能影响光和重力的方式。理论上可穿越的虫洞,或穿越时空的四维入口,可能是这样工作的:在一端,不可抗拒的黑洞引力将物质吸进连接在另一端的一个“白洞”的隧道,这个“白洞”将物质喷射到远离物质在空间和时间原点的地方。虽然科学家们已经观察到宇宙中存在黑洞的证据,但白洞从未被发现过。因此虫洞(以及它们所暗示的星际旅行的可能性)仍未被证实。

博科园-科学科普:尽管爱因斯坦的广义相对论为天体的存在留下了空间。然而尽管虫洞可能存在,也可能不存在,科学家们确实对光和引力波的行为有很多了解,后者是围绕黑洞等巨大物体旋转的时空涟漪。一项新的研究表明,一个可以观察到的虫洞性质,尽管是间接的,是物体附近光线的红移(红移指的是在远离物体时,光波长的频率降低,导致光谱的红色部分发生变化)。俄罗斯人民友好大学引力与宇宙学研究所的副教授研究作者罗曼·科诺普里亚说:如果你知道围绕着一个潜在虫洞的光线是如何红移的,就可以利用引力波的频率,或者它们振荡的频率来预测对称的虫洞的形状。

虫洞常被描绘成空间中一个狭窄的隧道连接的打哈欠洞,但一项新的研究提出了计算物体几何形状的第一个方程。图片:Shutterstock

通常情况下,研究人员会反过来观察已知形状的几何形状,以计算光和重力的行为。有几种方法可以检查潜在虫洞附近的红移,有人会使用引力透镜效应,或者当光线经过大质量物体时产生的弯曲,比如虫洞。这种透镜效应可以用它对来自遥远恒星的微弱光线(或来自邻近恒星的更亮的光线)的影响来衡量。另一种方法是测量虫洞附近的电磁辐射,因为它会吸引更多的物质。麻省理工学院物理系讲师Jolyon Bloomfield在Live Science上说:可以这样来考虑这个等式:如果你敲鼓,绷紧的鼓皮震动产生的声波的行为可以揭示鼓的形状。

布卢姆菲尔德说:所有不同的频率都能告诉你紧绷皮肤的不同振动模式。与此同时,这些振动的峰值和低谷会随着时间的推移而逐渐衰减,这说明了这些振动模式是如何“衰减”的,这两条信息结合在一起可以帮助你确定鼓的形状。对于虫洞来说,这篇论文所做的工作是类似的。如果我们能够足够精确地‘听’虫洞振动的衰减频率,我们就能通过频率谱和衰减速度来推断虫洞的形状。在他的方程中,Konoplya取了虫洞的红移值,然后结合量子力学,或微小亚原子粒子的物理学,来估计时空中的引力涟漪如何影响虫洞的电磁波。从那时起,他构造了一个方程来计算虫洞的几何形状和质量。随着激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的引入,引力波测量技术自2015年才出现。

现在研究人员试图对LIGO的测量数据进行微调,因为更好的数据可以帮助科学家最终确定宇宙中是否存在外来物质——由不同于普通原子粒子的构建块构成的物质,这种材料可以支持虫洞之类的物体。至少目前虫洞只是理论上的,所以Konoplya的方程并不代表任何实际的实际测量。像ligomeases这样的探测器只能测量一个频率的引力波,而你需要几个频率来预测虫洞的形状。从如此糟糕的数据中,我们不可能提取出足够的信息,来处理如此复杂的物体,比如一个紧凑物体的几何形状。未来的研究可以提供一个更详细的虫洞形状和性质的视图。只要虫洞足够对称,研究结果也可以应用于虫洞的旋转。这一发现发表在《物理快报B》上。

博科园-科学科普|文:Mindy Weisberger/Live Science

参考期刊文献:《物理快报B》

DOI:doi.org/10.1016/j.physletb.2018.07.025

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