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1988年, 莫里斯和索恩等人通过引入相关限制条件提出构建一个稳定可穿越静态球对称虫洞的可能性。为了实现对静态可穿越虫洞的描述,莫里斯等人在构造的 Morris-Thorne度规中引入了两个未知函数:红移函数和形状函数,并要求可穿越虫洞不应该存在视界,从而保证人们可以通过虫洞进行双向旅行。
考虑应用几何条件对形状函数进行约束以及探索支撑虫洞形成的物质性质是虫洞物理研究中的热点问题。研究表明,在广义相对论理论框架下,可穿越静态虫洞的形成需要人们在宇宙中引入违反零能量条件的外来奇异物质。总之,自爱因斯坦场方程的虫洞解被发现以来,人们花费了大量的时间和精力探索虫洞物理的效应和几何性质。
在Krkal延拓中,坐标T,X可取遍r>0所允许的一切值。由于有球对称性,可以得到前两维的时空图,把图中 的每点想象为一个(二维球面)就得到四维时空。
AUUB是一个连通流形。由A区中任一点出发的“内向”(指r值不断减小)的、指向未来的类光或类时曲线将不可避免地穿越进入B区。反之,B区中任一点发出的指向未来的类时或类光曲线都不可能穿越进入A区,它们的必然归宿是掉进奇点(奇点不属于时空,“掉进奇点”的准确含义是指该世界线的r值越来越小,无限逼近于0。对类时测地线,掉进奇点意味着它所代表的自由下落观者从固有时达到某值开始从时空中消失,这实在奇得不可思议。)。这表明是个“有进无出”的“单向膜”,A区中的任何物体(连同光子)一旦穿过它而进入B区就永远不能回到A区(只能掉进奇点)。因此B区叫黑洞,叫事件视界。考虑到上图中的每点代表一个二维球面,可知黑洞是个四维时空区域,而事件视界则是个(三维)类光超曲面。A'区由X<0及>表征,它也有r>2M,事实上它与A区有完全一样的性质,包括它与黑洞B的关系也类似于A区与B区的关系,故是A'区的事件视界。但A'与A区之间没有任何因果联系:从A出发的任一类时或类光曲线都不能进入A'区,反之亦然。在这个意义上也常把A与A'区称为两个(互相不关联的)“宇宙”。
W区由T<0及<表征,它也有r<2M。W区与A(或A')区也只有“一膜之隔”,这“膜”就是类光超曲面(或)进入A或者(A')区。既然B区叫黑洞,W区自然叫白洞。
在黑洞和白洞之间的原点并不是一个点,而是一个半径为史瓦西半径的超曲面,它是具有几何结构的。也就是说,在两个渐进平坦时空之间存在一个超曲面的“通道”来联系。这个通道称为爱因斯坦-罗森桥(Este-Rosen Bridge),更通俗的叫法是虫洞。
但需要注意的是,跨越虫洞的行为是类空的,不能被这个时空的物理所允许。另外,跨越这个虫洞将无限接近视界,所需要的时间无限大。
所以从多个方面来说,这个虫洞都是一个不可穿越的虫洞。
以下是一个可穿越虫洞应该遵循的几个条件:1. 虫洞度规应该是静态的(与爱因斯坦-罗森桥相反),并遵循广义相对论场方程。
2. 球对称(这将使数学处理更简单)。
3. 在连接两个渐近平坦的时空区域的解中一定有一个“喉道”。
4. 旅行者在穿过虫洞时所感受到的潮汐力必须足够小。
所谓的形状函数b(r)决定了虫洞的空间形状。喉道的周长由2πr给出。函数Φ称为红移函数。注意这个度规是与时间无关的。利用爱因斯坦场方程可以计算出虫洞喉道的张力。如果喉道的半径是3千米,喉道的张力等于质量最大的中子星中心的压强!
如果观察者以足够高的速度穿过虫洞的喉道,他将测量到一个负的质能密度,这违反了所谓的弱能量条件。当考虑到量子效应时,就会出现这种违反的例子。更具体地说,违反行为可能发生在卡西米尔效应的情况下。
换句话说,由于卡西米尔效应,空间某些区域的能量密度可能是负的(相对于普通物质的真空能量)。这一结果使得包括斯蒂芬·霍金在内的许多物理学家认为,这种效应在原则上可以稳定虫洞,使其可穿越。
超空间,通常指超过四个维度的空间。在物理学中,超空间常与超光速旅行概念相关联,弦理论为其提供理论推证。现实中的阿库别瑞引擎被视为最接近超光速驱动的设备。
其概念可追溯到十九世纪中叶,并于1962年在电子游戏《太空大战》中以“超空间跃迁”形式出现。
超空间一般指的是通过多维度空间,即超过四个维度的空间。M理论预言,应该有11个超空间维度。
人类已知光速是我们宇宙中最快速度,通过常规的三维空间旅行,人类即使要到达最近的恒星也几乎是不可能的。这暂时意味着茫茫宇宙中的智慧生命无法联系,只能孤独的自生自灭。而如果超空间理论是真实有效的,那么人类就可能通过多维空间实现大尺度的空间跨越。
按照光速是不可超越,那么在以前造访过地球的外星人(还没有证实外星人有来过我们的地球)必定是通过我们未知的技术(比如超空间)到来地球的。如果存在外星人来访地球拥有证据时(这会间接证明到超空间理论的正确性。剩下的就是技术问题,制造出足够大的引力场。)或者其它强大的我们未了解的科技技术。
超空间概念可以追溯到十九世纪中叶 。早在1962年,《太空大战》就已经在PDP-1小型机上诞生,该游戏还可以借助超空间跃迁等元素展开更多玩法。在《星丛》的背景设定里,作者已经不满足于仅仅让星舰和太空基地做超空间旅行,在他笔下最终进入通道、穿越了时空的还有无数颗恒星。
超空间通常指超过四个维度的空间。在弦理论等现代物理学理论中,超空间与额外维度紧密相关,例如弦理论要求时空具有十个维度,而M理论则预言存在十一个维度。这些额外维度被认为极其微小,构成了四维宇宙之外的高维背景。