引力“回聲”或可揭示碰撞的蟲洞

引力波觀測中的獨特訊號可能表明,假設的時空隧道實際上是存在的

一個蟲洞的藝術家概念圖,蟲洞是時空中兩個點之間假設的橋樑。

一篇新的論文表明,當兩個蟲洞碰撞時,它們可能會在時空中產生反彈的漣漪。未來的儀器可以探測到這些引力“回聲”,從而提供證據表明這些假設的時空隧道實際上是存在的。

雷射干涉引力波天文臺(LIGO)已經探測到了來自合併黑洞的時空漣漪,即引力波,這些發現導致了2017年諾貝爾物理學獎

雖然LIGO的探測只是支援黑洞存在的眾多觀測結果之一,但這些奇異的物體仍然存在理論問題。例如,它們似乎與量子力學定律不一致。解決這些問題的一種方法是如果黑洞實際上是蟲洞。


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不歸路

黑洞的主要特徵之一是事件視界,這是一個時空區域,一旦越過該區域,任何東西都無法逃脫,甚至連光都無法逃脫。如果你把任何東西扔進黑洞,它就會永遠消失——在某種程度上。斯蒂芬·霍金發現,由於一種稱為量子隧道的現象,黑洞實際上可能會產生極少量的輻射,這種輻射後來被稱為霍金輻射。經過很長一段時間,黑洞甚至可能由於這種輻射而蒸發。

賓夕法尼亞州維拉諾瓦大學的天體物理學家安珀·斯圖弗說:“但是出來的是隨機的。”她沒有參與這項新研究。這種輻射不包含任何關於進入黑洞的東西的線索。[斯蒂芬·霍金:以照片緬懷的物理學偶像]

她說:“在量子力學中,如果你知道關於特定系統的一切,那麼你應該能夠描述它的過去和未來。”但是,由於任何進入黑洞的資訊都會永遠消失,因此事件視界與量子力學不符。

為了解決這個所謂的黑洞資訊悖論,一些物理學家認為事件視界並不存在。黑洞實際上可能是一系列推測性的類黑洞物體,它們缺乏事件視界,而不是任何東西都無法返回的深淵,例如玻色子星、引力星、模糊球,甚至是幾十年前由阿爾伯特·愛因斯坦和物理學家內森·羅森提出的蟲洞。

類黑洞

在2016年發表於《物理評論快報》的一項研究中,物理學家假設,如果兩個蟲洞碰撞,它們會產生與合併黑洞產生的引力波非常相似的引力波。訊號的唯一區別在於合併的最後階段,稱為鈴振,即新合併的黑洞或蟲洞放鬆到其最終狀態時。

由於蟲洞沒有事件視界,因此擊中這些物體的引力波可能會反彈,從而在鈴振期間產生回聲。

新研究的研究人員在給《生活科學》的電子郵件中說:“該物體的內部是一個引力波反射的腔體。 引力回聲的產生與山谷中普通的聲音回聲並沒有太大不同。”

在1月份發表於《物理評論D》的論文中,來自比利時和西班牙的物理學家團隊分析了旋轉的蟲洞,這比2016年研究的非旋轉蟲洞更現實。他們計算瞭如果蟲洞合併,產生的引力波訊號會是什麼樣子。

由於訊號強度在鈴振期間下降,因此訊號的該部分對於LIGO的當前配置來說太弱而無法檢測到。但是,隨著研究人員繼續升級和微調儀器,這種情況將來可能會發生變化,研究人員說。

也是LIGO團隊成員的斯圖弗說:“我相信,到我們以全設計靈敏度執行時,就有可能解析出這些回聲被預測會出現的鈴振階段。”

儘管如此,蟲洞與其說是科學事實,不如說是科幻小說,通常在電影和書籍中被用作星際公路。然而,要使蟲洞可以通行,你可能需要一些未知的奇異物質來保持它們開放。去年12月,物理學家提出了可通行的蟲洞,不需要奇異物質,但是,像所有蟲洞一樣,它們具有高度的投機性。研究人員在給《生活科學》的電子郵件中寫道:“另一方面,探測到回聲的影響在物理學中具有巨大的重要性。因此,考慮到實際的實驗測試即將可用,值得對其進行探索。”

葡萄牙里斯本大學的物理學家維託·卡多佐說:“現在是認真對待存在其他物體可以像黑洞一樣巨大和緻密的可能性的時候了。”他是早期關於非旋轉蟲洞的研究的一部分。“這是我們用引力波可以做的最令人興奮的事情之一。”

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