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物理学家认为你可以从黑洞中获救,但不要冒险

2019-4-16@艾米 0 评论

丹佛 – 研究人员已经开发出一种新的、危险的难以形容且极其缓慢的穿越宇宙的方法。它涉及到连接可能不存在的特殊黑洞的虫洞。它可以解释当物理学家从一个点传送信息到另一个点时,从传送的信息的角度来看,到底发生了什么。

哈佛大学物理学家Daniel Jafferis在4月13日的美国物理学会会议上的演讲中描述了这种方法。他告诉聚集在一起的同事们,这种方法涉及两个被纠缠在一起的黑洞,以便在空间和时间之间连接。

什么是虫洞?

他们的想法解决了一个长期存在的问题:当某物进入虫洞时,它需要负能量才能从另一侧出去。(在正常情况下,虫洞出口处的时空形状使其无法通过。但理论上,具有负能量的物质可以克服这一障碍)但引力和时空物理学(描述虫洞的物理学)中, 没有任何东西能允许这种负能脉冲。所以虫洞不可能真正通过。Jafferis说“这只是太空中的一种连接,但是,如果你试图通过它,它会崩溃太快,所以你无法通过它。”

这种较老的虫洞模型可以追溯到爱因斯坦和罗森在1935年发表在《物理评论》上的一篇论文。两位物理学家意识到,在某些情况下,相对论决定了时空会非常弯曲,以至于一种隧道 (或”桥”) 会形成连接两个独立点的隧道。

物理学家写这篇论文的部分原因是为了排除宇宙中黑洞的可能性。但是几十年以后,随着物理学家逐渐意识到黑洞确实存在,虫洞的标准图像变成了一个隧道,两个开口就像黑洞一样。然而,根据这个想法,诸如隧道可能永远不会在宇宙中自然存在,并且如果它确实存在,任何东西通过它之前就会消失。在20世纪80年代,物理学家基普·索恩(Kip Thorne)写道,如果施加某种负能量来保持虫洞打开,某些东西可以通过这个虫洞。

物理学家认为你可以从黑洞中获救,但不要冒险

量子纠缠

Jafferis与哈佛大学的物理学家高平和斯坦福大学的物理学家Aron Wall一起开发了一种应用负能量的方法,这种负能量依赖于一种完全不同的物理领域的概念,称为纠缠。

纠缠来自量子力学,而不是相对论。早在1935年,爱因斯坦,鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)和罗森在《物理评论》中发表了另一篇论文,表明在量子力学的规则下,粒子可以彼此“相关”,这样一个粒子的行为就会直接影响另一个粒子的行为。

爱因斯坦,波多尔斯基和罗森认为这证明了他们关于量子力学的观点是错误的,因为这将使信息在两个粒子之间的移动速度超过光速。现在,物理学家知道纠缠是真实的,量子隐形传输几乎是物理学研究的常规部分。

量子隐形传输的工作原理是:纠缠两个光粒子A和B。然后,把B给你的朋友带到另一个房间。接下来,用第三个光子C撞击光子A,使A和C纠缠,同时打破A和B之间的纠缠。然后你可以测量A和C的结合状态,这与A、B或C的原始状态不同,并将结合粒子的结果传达给你隔壁房间的朋友。

在不知道B的状态的情况下,你的朋友可以利用有限的信息来操纵B,产生过程开始时的状态粒子C。如果她测量B,她会了解C的原始状态,没有人告诉她。有关粒子C的信息从一个房间传送到另一个房间。

这很有用,因为它可以作为一种不可破解的代码,用于从一个点向另一个点发送消息。纠缠不仅仅是个别粒子的属性。较大的物体也会缠绕在一起,尽管使它们之间完美纠缠要困难得多。

纠缠的黑洞可以运送你

Jafferis说,早在1935年,撰写这些论文的物理学家就没有发现虫洞和纠缠有关。但在2013年,物理学家Juan Maldacena和Leonard Susskind 在《物理学进展》上发表了一篇论文,将这两个观点联系起来。他们认为,两个完全纠缠在一起的黑洞在空间中的两点之间会起到虫洞的作用。他们称之为“ER = EPR”,因为它将爱因斯坦 – 罗森论文与爱因斯坦 – 波多尔斯基 – 罗森论文联系起来。

当被问及宇宙中是否真的存在两个完全纠缠的黑洞时,Jafferis说:“不,不,当然不。”

这并不是说实际情况是不可能的。对于我们凌乱的宇宙来说,它太精确和巨大。产生两个完美纠缠的黑洞就像彩票中奖一样,只有无数亿分之一的概率。如果它们确实存在,当第三个物体与其中一个物体相互作用时,它们就会失去完美的相关性。

但是,万一这样的一对黑洞在某个地方存在,那么Jafferis,高平和Wall的方法就可能奏效。

他们的方法首次发表在2017年12月的《高能物理杂志》上,如下所示:将你的朋友扔进一个纠缠的黑洞中。然后,测量从黑洞出来的所谓的霍金辐射,它编码有关黑洞状态的一些信息。然后,将该信息传递到第二个黑洞并用它来操纵第二个黑洞。(这可以简单到将第一个黑洞中的一堆霍金辐射倾倒到第二个黑洞中)理论上,你的朋友应该完全按照进入第一个黑洞的方式弹出第二个黑洞。

Jafferis说从她的角度来看,她会一头扎进虫洞。当她接近脖子上的奇点时,她会经历一种负能量的“脉冲”,将她推向另一边。当然,这种方法并不是特别有用,因为它总是比物理上移动两个黑洞之间的距离要慢。但它确实暗示了一些关于宇宙的东西。

Jafferis说,从纠缠粒子之间传递的一些信息的角度来看,可能会发生类似的事情。在单个量子物体的尺度上,谈论时空弯曲以产生虫洞其实是没有意义的。但是在混合中加入更多的粒子来进行稍微复杂一点的量子隐形传输角度看,突然间虫洞模型很有意义。他说,这里有强有力的证据证明这两种现象有关。这也强烈暗示,丢失到黑洞中的信息可能会去某个地方,在某一天它可能会被取回。

他说,如果你明天陷入黑洞,所有希望都不会丢失。一个足够先进的文明也许能够在宇宙中进行变焦,收集所有从黑洞中发出的霍金辐射,因为它在数千年中慢慢蒸发,并将该辐射压缩到一个新的黑洞中,与原来的黑洞纠缠在一起跨越时间。一旦那个新黑洞出现,也许就有可能把你从里面救出来。

Jafferis说,这种在黑洞之间移动的方法的理论研究正在进行中。但目标更多的是理解基础物理而不是执行黑洞救援。所以,也许最好不要冒险。

本文源自 Live Science ,由米粮仓 艾米 基于创作共用协议(CC BY-NC)发布。

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