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新研究称引力波探测器或许真能揭示虫洞的存

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来源: 作者: 2018-11-05 10:41:07

新研究称引力波探测器或许真能揭示虫洞的存在

摘要:尽管爱因斯坦早在1916年就预言了引力波的存在,但直到2016年,通过激光干涉引力波天文台(LIGO),科学家才首次探测到了引力波,并揭示了黑洞碰撞的效应。最近几天,一项新研究宣称,这几年来多个科学团队探测到的引力波信号可能不但有黑洞碰撞的结果,也有可能部分来自虫洞的碰撞。

虫洞结构想象图。

物理学家发现的时空涟漪或许有朝一日能揭示虫洞的存在,而通过它们,人类或许就能前往另一个宇宙。

尽管爱因斯坦早在1916年就预言了引力波的存在,但直到2016年,通过激光干涉引力波天文台(LIGO),科学家才首次探测到了引力波,并揭示了黑洞碰撞的效应。最近几天,一项新研究宣称,这几年来多个科学团队探测到的引力波信号可能不但有黑洞碰撞的结果,也有可能部分来自虫洞的碰撞。

研究人员提出了一种区分二者的方法,即监测虫洞特征性回声的存在。尽管目前技术的灵敏度还不足以从引力波读数中将这些变化提取出来,但不久的将来,新型引力波探测器或许有可能分辨出这些差异,从而为利用虫洞实现星际旅行提供可能。

来自比利时荷语天主教鲁汶大学和西班牙马德里大学的研究人员创建了一个模型,用于预测由两个旋转虫洞碰撞而产生的引力波如何被探测到。到目前为止,科学家观测到的引力波在极短期内就会完全消失。造成这一现象的原因可能是引力波来源的黑洞存在着事件视界。

两个黑洞碰撞融合的示意图。研究人员称,两个旋转虫洞的碰撞也会引起类似的时空变形。

但是,如果这种事件视界并不存在,就像虫洞中的情况一样,那这些振荡就不会完全消失。相反的,信号中应该会有持续一段时间的回声,而这些回声直到现在可能都还未被注意到。

“虫洞不具有事件视界,而是作为一种可以穿越的时空捷径,一种非常长的管道,能让我们前往另一个宇宙,”研究者帕布罗·布埃诺(Pablo Bueno)在一份书面声明中说,“而且它们也会旋转,能使它们产生的引力波发生变化。”

长期以来,科学家通过大量实验、理论模型和间接观测来支持黑洞存在的理论,其中就包括激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座干涉仪(VIRGO)所探测到的引力波。科学家认为,这些引力波来源于遥远宇宙中黑洞的碰撞。然而,黑洞存在着一个问题,它们的边缘被称为事件视界(event horizon),包括物质、辐射或其他任何东西进入黑洞之后,就再也无法逃脱。事件视界的存在与量子力学的规律相冲突。根据量子力学,信息将永远被保存下来,不会被消灭。

超大质量黑洞能引起时空的塌陷(想象图)。

处理这一冲突的理论方法之一,就是探索这样一种可能性:我们观测到的“黑洞”是否就是以往理论中所描述的黑洞。它们可能是某种奇特致密天体(exotic compact objects, ECOs),例如虫洞、绒毛球(fuzzball)、坟墓星(gravastar)和玻色子星(boson star)等。

由于虫洞不具有事件视界,因此可能会在LIGO和VIRGO记录的引力波中留下印记。“这两个探测器探测到的引力波信号最后一部分——称为铃振(ringdown)——与两个黑洞碰撞的最后阶段相吻合,”荷语天主教鲁汶大学的帕布罗·卡努(Pablo Cano)补充道。

引力波被认为是时空的涟漪,可以由黑洞碰撞或星系融合而产生。

“由于事件视界的存在,这些信号具有在短期内完全消失的特征。但是,如果没有事件视界,这些振荡就会完全消失,”他继续说道,“相反,经过一段时间后,它们会产生一系列‘回声’,类似于井中声音的情况。”该研究的完整结果发表在最近的《物理评论D》(Physical Review D)杂志上。

天文学家认为,人类有一天或许能利用虫洞来进行星际旅行。利用虫洞来太空旅行的问题在于,它们本身非常不稳定。当一个粒子进入虫洞时,它还会引起导致整个虫洞结构崩塌的扰动。

不过,一些研究宣称,通过这些理论上的捷径是可能的,前提是借助一些极端的力量。未来人类或许在虫洞中移动数米,就能跨越数光年的距离,甚至进入全新的宇宙。

什么是虫洞?

时空可以扭曲和变形,但这需要大量的物质和能量。就虫洞而言,通过时空结构的扭曲,可以形成连接不同宇宙的捷径。

激光干涉引力波天文台(LIGO)由两个几乎完全相同的干涉仪组成,通过长达4千米的干涉臂来探测波幅极其微小的引力波。

想象在纸上画出两个标记,代表时空中的两个点。用直线将这两个点连接起来,代表它们在正常时空中的距离。如果把这张纸弯曲——相当于时空的扭曲——使两个点重叠,然后用铅笔戳穿,便为两个点连接提供了距离更短的方式。虫洞连接不同时空的方式就与此类似。

天文学家认为,人类有一天或许能利用虫洞来进行星际旅行。利用虫洞来太空旅行的问题在于,它们本身非常不稳定。当一个粒子进入虫洞时,它还会引起导致整个虫洞结构崩塌的扰动。但是,一些研究宣称,通过这些理论上的捷径是可能的,前提是借助一些极端的力量。

什么是黑洞?

黑洞的密度极大,引力极强,以至于任何形式的辐射都无法挣脱——包括光在内。它们是强大的引力源,能吸收周围的尘埃和气体。科学家认为,星系中的恒星正是围绕着黑洞运转。

科学家对黑洞形成的确切过程依然知之甚少。它们可能来源于巨大的气体云。比太阳大10万倍的气体云塌缩之后,便形成了黑洞。许多这样的黑洞碰撞、融合,形成更大的超大质量黑洞。在所有已知的大型星系中央,都存在这样的超大质量黑洞。

超大质量黑洞还可能来自巨大的恒星,其质量约为太阳的100倍。当这些恒星的燃料耗尽之后会逐渐塌缩,并最终形成黑洞。大型恒星死亡之后还可能经历超新星爆发。这种爆发极其明亮,能将恒星外层的物质抛散到太空深处。(任天)

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