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探索太空

理论上可能存在微小的虫洞
Microscopic wormholes possible in theory理论上可能存在微小的虫洞by University of Oldenburg Credit: CC0 Public Domain奥尔登堡大学信用：CC0公共领域Wormholes play a key role in many science fiction films—often as a shortcut between two distant points in space. In physics, however, these tunnels in spacetime have remained purely hypothetical. An international team led by Dr. Jose Luis Blázquez-Salcedo of the University of Oldenburg has now presented a new theoretical model in the science journal Physical Review Letters that makes microscopic wormholes seem less far-fetched than in previous theories.虫洞在许多科幻电影中扮演着关键的角色，常常是太空中两个遥远点之间的捷径。然而，在物理学中，这些时空隧道仍然是纯粹的假设。奥尔登堡大学的Jose Luis Blázquez Salcedo博士领导的一个国际研究小组在《物理评论快报》科学期刊上提出了一个新的理论模型，该模型使得微观虫洞看起来不像以前的理论那么牵强。Wormholes, like black holes, appear in the equations of Albert Einstein's general theory of relativity, published in 1916. An important postulate of Einstein's theory is that the universe has four dimensions—three spatial dimensions and time as the fourth dimension. Together they form what is known as spacetime, and spacetime can be stretched and curved by massive objects such as stars, much as a rubber sheet would be curved by a metal ball sinking into it.蠕虫洞像黑洞一样，出现在1916年发表的爱因斯坦广义相对论方程中。爱因斯坦理论的一个重要假设是，宇宙具有四个维度-三个空间维度和时间作为第四维度。它们一起形成了所谓的时空，时空可以被诸如星星之类的大物体拉伸和弯曲，就像橡胶板会被沉入其中的金属球弯曲一样。The curvature of spacetime determines the way objects like spaceships and planets, but also light, move within it. "In theory, spacetime could also be bent and curved without massive objects," says Blázquez-Salcedo, who has since transferred to the Complutense University of Madrid in Spain. In this scenario, a wormhole would be an extremely curved region in spacetime that resembles two interconnected funnels and connects two distant points in space, like a tunnel. "From a mathematical perspective such a shortcut would be possible, but no one has ever observed a real wormhole," the physicist explains.时空的曲率决定着太空飞船和行星等物体以及光在其中的移动方式。 “从理论上讲，时空也可以在没有大物体的情况下弯曲和弯曲。”布拉兹克斯-萨尔塞多说。在这种情况下，虫洞在时空中将是一个极度弯曲的区域，类似于两个相互连接的漏斗并连接空间中的两个遥远点，例如隧道。这位物理学家解释说：“从数学的角度来看，这样的捷径是可能的，但没人能观察到真正的虫洞。”Moreover, such a wormhole would be unstable. If for example a spaceship were to fly into one, it would instantly collapse into a black hole—an object in which matter disappears, never to be seen again. The connection it provided to other places in the universe would be cut off. Previous models suggest that the only way to keep the wormhole open is with an exotic form of matter that has a negative mass, or in other words weighs less than nothing, and which only exists in theory. However, Blázquez- Salcedo and his colleagues Dr. Christian Knoll from the University of Oldenburg and Eugen Radu from the Universidade de Aveiro in Portugal demonstrate in their model that wormholes could also be traversable without such matter.而且，这种虫洞将是不稳定的。例如，如果一艘太空飞船要飞入其中，它会立即崩溃成一个黑洞-一个物质消失的物体，再也看不到了。它与宇宙中其他地方的联系将被切断。先前的模型表明，保持虫洞开放的唯一方法是使用奇异的物质，该物质的质量为负，换句话说，其重量小于或等于零，并且仅在理论上存在。但是，来自奥尔登堡大学的Blázquez-Salcedo及其同事Christian Knoll博士和来自葡萄牙阿威罗大学的Eugen Radu博士在他们的模型中证明，如果没有这种问题，虫洞也是可以穿越的。The researchers chose a comparatively simple "semiclassical" approach. They combined elements of relativity theory with elements of quantum theory and classic electrodynamics theory. In their model they consider certain elementary研究人员选择了一种相对简单的“半古典”方法。他们将相对论的要素与量子理论和经典的电动力学理论相结合。在他们的模型中，他们认为某些基本知识particles such as electrons and their electric charge as the matter that is to pass through the wormhole. As a mathematical description, they chose the Dirac equation, a formula that describes the probability density function of a particle according to quantum theory and relativity as a so-called Dirac field.诸如虫子之类的粒子以及它们要穿过虫洞的电荷。作为数学描述，他们选择了狄拉克方程，该方程根据量子论和相对论将粒子的概率密度函数描述为所谓的狄拉克场。As the physicists report in their study, it is the inclusion of the Dirac field into their model that permits the existence of a wormhole traversable by matter, provided that the ratio between the electric charge and the mass of the wormhole exceeds a certain limit. In addition to matter, signals—for example electromagnetic waves— could also traverse the tiny tunnels in spacetime. The microscopic wormholes postulated by the team would probably not be suitable for interstellar travel.正如物理学家在他们的研究中所报告的那样，将Dirac场包含到他们的模型中允许存在可被物质穿越的虫洞，前提是该虫洞的电荷与质量之比超过一定限制。除物质外，信号（例如电磁波）也可以在时空中穿越微小的隧道。团队推测的微观虫洞可能不适合星际旅行。Moreover, the model would have to be further refined to find out whether such unusual structures could actually exist. "We think that wormholes can also exist in a complete model," says Blázquez-Salcedo.此外，该模型必须进一步完善，以查明是否可能确实存在这种异常结构。 Blázquez-Salcedo说：“我们认为虫洞也可以存在于完整的模型中。”点击查看：更多有关物理学文章更多探索太空分类文章使用文档翻译功能 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：phys
2021-03-10 21:04:02
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研究人员观察到模拟黑洞中的静止霍金辐射
由英格丽（Ingrid Fadelli） 黑洞是太空中引力非常强的区域-如此之强，以至于没有任何东西能够进入其中，包括光。理论预测表明，黑洞周围有一个半径，称为事件视界。一旦事物超过了事件视界，它就再也无法逃脱黑洞，因为重力接近中心时会变得更强。 理论物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）预测，虽然没有任何东西可以从它们内部逸出，但黑洞会自发地发出有限的光，这就是霍金辐射。根据他的预测，这种辐射是自发的（即，它是一无所有），并且是固定的（即，其强度不会随时间变化很大）。 以色列以色列理工学院的研究人员最近进行了一项旨在检验霍金理论预测的研究。更具体地说，他们检查了在实验室环境中创建的“人造黑洞”中的霍金辐射是否相等。 进行这项研究的研究人员之一杰夫·斯坦豪（Jeff Steinhauer）对Phys表示：“如果进入事件视界，就连光也无法逃脱。” “鹰嘴辐射刚好在事件视界之外开始，光线几乎无法散发出去。这真是奇怪，因为那里什么都没有；它是空的空间。然而，这种辐射是从零开始的，出射并朝着地球传播。” Steinhauer和他的同事创造的人造黑洞长约0.1毫米，是由由8000个atoms原子组成的气体制成的，而atoms原子的数量相对较少。研究人员每次拍摄照片时，黑洞都会被破坏。为了观察其随时间的演变，他们必须制作黑洞，对其进行拍照，然后再创建一个黑洞。这个过程重复了很多次，持续了几个月。 研究人员创建的模拟黑洞。图片来源：Kolobov等。 模拟黑洞发出的霍金辐射是由声波而不是光波构成的。atoms原子的流动速度快于声速，因此声波无法到达事件视界并从黑洞逸出。但是，在事件范围之外，气体流动缓慢，因此声波可以自由移动。 Steinhauer解释说：“ The的流动速度比声音的速度快，这意味着声音不能逆流而行。” “假设您试图逆流而行。如果流过的速度快于可游泳的速度，那么您就无法前进，您会被推回去，因为水流的移动速度太快且方向相反，所以您就是卡住了。这就是卡在黑洞中，然后试图从内部到达事件视界的感觉。” 根据霍金的预测，黑洞发出的辐射是自发的。在之前的一项研究中，Steinhauer和他的同事们能够在他们的人造黑洞中证实这一预测。在他们的新研究中，他们着手研究黑洞发出的辐射是否也静止（即，如果它随时间保持不变）。 Steinhauer说：“黑洞应该像黑体一样辐射，这实际上是一个温暖的物体，它会发出恒定的红外辐射（即黑体辐射）。” “霍金建议黑洞就像规则的恒星一样，恒星一直不断地辐射某种类型的辐射。这就是我们想要在研究中证实的，并且我们做到了。” 霍金辐射由成对的光子（即光粒子）组成：一个从黑洞中射出，另一个从黑洞中回落。当试图确定他们创建的模拟黑洞发出的霍金辐射时，Steinhauer和他的同事因此寻找相似的声波对，一个来自黑洞，另一个进入其中。一旦他们确定了这些声波对，研究人员便试图确定它们之间是否存在所谓的相关性。 “我们必须收集大量数据才能看到这些相关性，” Steinhauer说。“因此，我们进行了97,000次重复实验；总共进行了124天的连续测量。” 总体而言，这一发现似乎证实了黑洞发出的辐射是固定的，正如霍金所预测的那样。尽管这些发现主要适用于他们创建的模拟黑洞，但理论研究可以帮助确认它们是否也可以应用于真实黑洞。 “我们的研究还提出了重要的问题，因为我们观察了模拟黑洞的整个寿命，这意味着我们也看到了霍金辐射是如何开始的，” Steinhauer说。“在未来的研究中，人们可以尝试将我们的结果与对真实黑洞中发生的情况的预测进行比较，以观察'真实的'霍金辐射是否从零开始，然后如我们所观察到的那样积累。” 在研究人员进行实验的某个时刻，围绕模拟黑洞的辐射变得非常强，因为黑洞形成了所谓的“内部视界”。除了事件视界之外，爱因斯坦的广义相对论还预测了这种存在内部视界的角度，黑洞内部的半径勾勒出一个更靠近其中心的区域。 在内部视界内部的区域中，重力的牵引力要低得多，因此物体能够自由移动，而不再被拉向黑洞的中心。但是，它们仍然无法离开黑洞，因为它们无法以相反的方向（即，朝向事件地平线）穿过内部地平线。 “从本质上讲，事件视界是黑洞的外层球体，在它的内部，有一个称为内层视界的小球体，” Steinhauer说。“如果您跌入内层视线，那么您仍然会陷于黑洞中，但至少您不会感到陷入黑洞中的怪异现象。您将处于一个'更'正常'的环境中，因为引力会降低，所以您不会再有这种感觉了。” 一些物理学家已经预测，当模拟黑洞形成内部视界时，其发射的辐射会变得更强。有趣的是，这正是Technion研究人员创建的模拟黑洞中发生的情况。因此，这项研究可能会激发其他物理学家研究内部视界的形成对黑洞霍金辐射强度的影响。 点击：查看更多物理文章 查看更多关于太空探索文章 使用双语译文翻译功能 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于：phys
2021-02-20 18:24:31
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