物理学家认为你可以从黑洞中获救 - 但不要冒险

物理学家认为你可以从黑洞中获救 - 但不要冒险

图片来源:NASA插图

丹佛 - 研究人员已经开发出一种新的,难以形容的危险且极其缓慢的穿越宇宙的方法。它涉及虫洞,连接可能不存在的特殊黑洞。它可以解释当物理学家将信息从一个点传送到另一个点时 - 从传送的信息点的角度来看,实际上会发生什么。

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。他告诉他的集合同事,这种方法涉及两个被纠缠的黑洞,以便它们在空间和时间上相互连接。

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进入。 (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。)但重力和时空物理学中没有任何东西 - 描述虫洞的物理学 - 允许那些负能量脉冲。所以虫洞不可能真正通过。

“这只是太空中的一种联系,但是,如果你试图通过它,它会崩溃得太快,所以你无法通过它,”Jafferis在谈话后告诉Live Science。

这种较老的虫洞模型可以追溯到Albert Einstein和Nathan Rosen在1935年发表在物理评论中的论文。这两位物理学家意识到,在某些情况下,相对论将决定时空曲线如此极端以至于某种隧道(或“桥”)将形成连接两个单独的点。

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将在任何通过它之前消失。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,有些东西可以通过这个虫洞。

量子纠缠

贾弗里斯与哈佛大学的物理学家高平和斯坦福大学的物理学家阿隆沃尔一起开发出一种方法来应用一种负能量,这种负能量依赖于一个非常不同的物理学领域的想法,称为纠缠。

纠缠来自量子力学,而不是相对论。早在1935年,阿尔伯特·爱因斯坦,鲍里斯·波多尔斯基和内森·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的量子力学思想存在问题,因为它会使信息的移动速度超过两个粒子之间的光速。现在,物理学家知道纠缠是真实的,量子隐形传态几乎是物理研究的常规部分。

这是量子隐形传态如何工作:纠缠两个光粒子A和B.然后,给你的朋友B进入另一个房间。接下来,用光子A撞击第三个光子C.它缠绕A和C,并打破A和B之间的纠缠。然后你可以测量A和C的组合状态 - 这与A的原始状态不同, B或C - 并将组合粒子的结果传达给下一个房间的朋友。

在不知道B的状态的情况下,您的朋友可以使用该有限的信息来操纵B来生成在过程开始时C的状态。如果她测量B,她将学习C的原始状态,没有人告诉她。关于粒子C的信息在功能上从一个房间传送到下一个房间。

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,尽管它们之间的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在物理学进展杂志上发表了一篇论文,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将充当它们在太空中两点之间的虫洞。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,贾弗里斯说:“不,不,当然不是。”

并非这种情况在身体上是不可能的。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赢得彩票一样,只有数十亿次的可能性。

如果它们确实存在,他说,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,如果不知何故,这样的一对在某个地方存在,那么Jafferis,Gao和Wall的方法可能会起作用。

他们的方法首次发表在2017年12月的“高能物理学杂志”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。

从他的角度来看,贾弗里斯说,她会潜入虫洞。当她接近脖子上的奇点时,她会经历一股负能量的“脉冲”,这会推动她走出另一边。

Jafferis说,这种方法并不是特别有用,因为它总是慢于物理移动两个黑洞之间的距离。但它确实暗示了宇宙的一些东西。

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。他说,在单个量子物体的规模上,谈论产生虫洞的时空弯曲并没有多大意义。但是在混合中需要更多的粒子来进行稍微复杂的量子隐形传输,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。

他说,这也强烈暗示,丢失到黑洞的信息可能会在有朝一日可能被收回的某个地方。

如果你明天陷入黑洞,他说,所有希望都不会丢失。一个足够先进的文明可能能够在宇宙周围放大,收集从黑洞中发出的所有霍金辐射,因为它在长时间内缓慢蒸发,并将这些辐射压缩成一个新的黑洞,与原始时间纠缠在一起。一旦出现新的黑洞,就有可能从中找回你。

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。


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