引力“回声”或可揭示碰撞的虫洞

引力波观测中的独特信号可能表明,假设的时空隧道实际上是存在的

一个虫洞的艺术家概念图,虫洞是时空中两个点之间假设的桥梁。

一篇新的论文表明,当两个虫洞碰撞时,它们可能会在时空中产生反弹的涟漪。未来的仪器可以探测到这些引力“回声”,从而提供证据表明这些假设的时空隧道实际上是存在的。

激光干涉引力波天文台(LIGO)已经探测到了来自合并黑洞的时空涟漪,即引力波,这些发现导致了2017年诺贝尔物理学奖

虽然LIGO的探测只是支持黑洞存在的众多观测结果之一,但这些奇异的物体仍然存在理论问题。例如,它们似乎与量子力学定律不一致。解决这些问题的一种方法是如果黑洞实际上是虫洞。


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不归路

黑洞的主要特征之一是事件视界,这是一个时空区域,一旦越过该区域,任何东西都无法逃脱,甚至连光都无法逃脱。如果你把任何东西扔进黑洞,它就会永远消失——在某种程度上。斯蒂芬·霍金发现,由于一种称为量子隧道的现象,黑洞实际上可能会产生极少量的辐射,这种辐射后来被称为霍金辐射。经过很长一段时间,黑洞甚至可能由于这种辐射而蒸发。

宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学的天体物理学家安珀·斯图弗说:“但是出来的是随机的。”她没有参与这项新研究。这种辐射不包含任何关于进入黑洞的东西的线索。[斯蒂芬·霍金:以照片缅怀的物理学偶像]

她说:“在量子力学中,如果你知道关于特定系统的一切,那么你应该能够描述它的过去和未来。”但是,由于任何进入黑洞的信息都会永远消失,因此事件视界与量子力学不符。

为了解决这个所谓的黑洞信息悖论,一些物理学家认为事件视界并不存在。黑洞实际上可能是一系列推测性的类黑洞物体,它们缺乏事件视界,而不是任何东西都无法返回的深渊,例如玻色子星、引力星、模糊球,甚至是几十年前由阿尔伯特·爱因斯坦和物理学家内森·罗森提出的虫洞。

类黑洞

在2016年发表于《物理评论快报》的一项研究中,物理学家假设,如果两个虫洞碰撞,它们会产生与合并黑洞产生的引力波非常相似的引力波。信号的唯一区别在于合并的最后阶段,称为铃振,即新合并的黑洞或虫洞放松到其最终状态时。

由于虫洞没有事件视界,因此击中这些物体的引力波可能会反弹,从而在铃振期间产生回声。

新研究的研究人员在给《生活科学》的电子邮件中说:“该物体的内部是一个引力波反射的腔体。 引力回声的产生与山谷中普通的声音回声并没有太大不同。”

在1月份发表于《物理评论D》的论文中,来自比利时和西班牙的物理学家团队分析了旋转的虫洞,这比2016年研究的非旋转虫洞更现实。他们计算了如果虫洞合并,产生的引力波信号会是什么样子。

由于信号强度在铃振期间下降,因此信号的该部分对于LIGO的当前配置来说太弱而无法检测到。但是,随着研究人员继续升级和微调仪器,这种情况将来可能会发生变化,研究人员说。

也是LIGO团队成员的斯图弗说:“我相信,到我们以全设计灵敏度运行时,就有可能解析出这些回声被预测会出现的铃振阶段。”

尽管如此,虫洞与其说是科学事实,不如说是科幻小说,通常在电影和书籍中被用作星际公路。然而,要使虫洞可以通行,你可能需要一些未知的奇异物质来保持它们开放。去年12月,物理学家提出了可通行的虫洞,不需要奇异物质,但是,像所有虫洞一样,它们具有高度的投机性。研究人员在给《生活科学》的电子邮件中写道:“另一方面,探测到回声的影响在物理学中具有巨大的重要性。因此,考虑到实际的实验测试即将可用,值得对其进行探索。”

葡萄牙里斯本大学的物理学家维托·卡多佐说:“现在是认真对待存在其他物体可以像黑洞一样巨大和致密的可能性的时候了。”他是早期关于非旋转虫洞的研究的一部分。“这是我们用引力波可以做的最令人兴奋的事情之一。”

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