研究发现神秘量子纠缠或与虫洞有关(图 量子纠缠是谁发现的
2013年12月09日 来源:凤凰科技
尽管虫洞从未被证实存在过,这些理论的时空通道被爱因斯坦的广义相对论所预测。
凤凰科技讯 北京时间12月9日消息,美国太空网报道,虫洞——理论上连接宇宙中两个遥远点的捷径——可能与幽灵般的量子纠缠现象有关,这种粒子行为之间的连接与距离遥远无关,研究人员这样说道。这些发现或可以从宏观和微观两个角度帮助解释宇宙的存在。 科学家们一直在努力寻找一种理论描述宇宙整体的机制。目前,研究人员有两种迥然不同的理论,量子理论和广义相对论,它们分别从最小规模和最大规模解释了宇宙。目前存在好几种相互竞争的理论试图调和两者。
爱因斯坦提出的广义相对论的预测之一便是虫洞,官方名字为爱因斯坦-罗森桥(Einstein-Rosen Bridges)。原则上来说,这些时空织布里的弯曲的工作原理类似于连接宇宙中任何黑洞的捷径,这使得它成为科幻小说中常见的主题。
有趣的是,量子理论里也有一个能够连接无论相隔多远的物体,类似电子,的现象——量子纠缠。“这种连接是真实存在的,即使电子相隔几光年远,”美国纽约州立大学石溪分校的理论物理学家克里斯坦·詹森(Kristan Jensen)这样说道。爱因斯坦曾嘲笑的将这种看似不可能的连接称为幽灵般的超距作用。然而,无数实验证明了量子纠缠是真实的,它可能是未来先进科技的奠基石,例如不可思议的强大量子计算机和几乎无法破解的量子加密。
“纠缠是量子力学里最怪异但最重要的特征之一,” 詹森说道。如果纠缠真的与虫洞相结合,这或可帮助从宏观和微观的角度调和量子理论和广义相对论。
量子纠缠和虫洞
近期,美国普林斯顿高等研究院胡安·马丁·马尔达塞纳(Juan Martín Maldacena)和斯坦福大学的莱昂纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)教授辩论称虫洞是与纠缠相联系的。尤其值得一提是,他们认为虫洞是每一对相互纠缠的黑洞。
相互纠缠的黑洞的产生有好几种方式。例如,一对黑洞理论上来说可以同时产生,然后自动相互纠缠。或者黑洞释放的能量被捕获然后坍塌形成黑洞,产生的黑洞将与之前提供“营养成分”的黑洞相互纠缠。
马尔达塞纳和萨斯坎德并未直接表明虫洞与黑洞纠缠,但他们辩论称纠缠一般都与虫洞相联系。他们推测纠缠的粒子,例如电子和质子,是与极其小的虫洞相连。咋一看这一观点听起来非常荒谬,例如,即使引力并不在其中起任何作用,纠缠现象仍存在。
目前,两支独立的研究小组表明纠缠可能的确与虫洞有关。如果这一连接被证实是正确的,那么它或可以帮助建立连接量子力学和广义相对论的桥梁,潜在的帮助更好的理解这两个理论。
全息图和虫洞
詹森和他的同事、美国西雅图华盛顿大学的理论物理学家安德里亚斯·卡尔(Andreas Karch)调查了成对的纠缠粒子在超对称理论里的行为,结果表明所有已知的亚原子粒子都有尚未被观测到的“超级对称”粒子。这一理论的提出有利于帮助结合量子力学和相对论。
这一理论的观点之一便是如果一个人想象只存在于三维的特定量子力学系统,它们的行为只能通过四维——也就是广义相对论描述的宇宙所拥有的四维,也即三维的空间和第四维的时间——的物体所解释。这一概念可能来自于名为全息图的现实,后者其实具有更少维度,类似于两维的全息图能够产生三维的错觉。
詹森和卡尔发现,如过一个人想象宇宙四维里的一对纠缠,它们的行为和拥有额外第五维的宇宙里的虫洞是一样的。更重要的是,他们发现纠缠和虫洞可能是同一个东西。“成对纠缠是一个拥有虫洞的系统的全息图像。” 詹森说道。美国麻省理工学院理论物理学家朱利安·松纳(Julian Sonner)进行的另外一项独立研究支持了这一发现。
“总有一些发现会让科学家们激动的心跳加快,我认为这项发现便是其中之一,”詹森说道。“真正令人兴奋的是,可能受到这些结果的启发,我们能够更好地理解量子纠缠和时空之间的关系。”科学家们将这项发现发表在11月20日的期刊《物理评论快报》上。
2013年05月22日 来源:凤凰科技 作者:严炎刘星
虫洞提供前往其它世界的入口。
凤凰科技讯 北京时间5月22日消息,新科学家报道,根据一项最新的研究,科学家认为的黑洞天体很可能是产生其他宇宙的虫洞。如果事实的确如此,那么它将帮助揭开一个名为黑洞信息悖论的量子谜题,但批评家认为它也可能引发新的问题,例如虫洞最初是如何形成的。
黑洞是内部具有强大引力场的天体,这样强大的引力使得即使是光也无法逃逸。爱因斯坦的广义相对论认为当物质被挤压成非常小的空间时就会形成黑洞。尽管黑洞无法被直接观测到,但天文学家已经鉴别了很多很可能是黑洞的天体,主要是基于对环绕在其周围的物质的观测。
法国高等科学研究所的天体物理学家蒂博·达穆尔(Thibault Damour)和德国不莱梅国际大学的谢尔盖·索罗杜金(Sergey Solodukhin)认为这些黑洞天体可能是名为虫洞的结构。
虫洞是连接时空织布中两个不同地方的弯曲通道。如果你将宇宙想象为二维的纸张,虫洞就是连接这张纸片和另一张纸片的“喉咙”通道。在这种情况下,另一张纸片可能是另一个单独的宇宙,拥有自己的恒星、星系和行星。达穆尔和索罗杜金研究了虫洞可能的情形,并惊讶的发现它如此类似于黑洞以至于几乎无法区分两者之间的差别。
霍金辐射
物质环绕虫洞旋转的方式与环绕黑洞是一样的,因为两者扭曲环绕它们的时空的方式是相同的。有人提出利用霍金辐射来区分两者,霍金辐射是指来自黑洞的光和粒子辐射,它们具有能量光谱的特性。但是这种辐射非常微弱以至于它可能被其他源完全湮没,例如宇宙大爆炸后残余的宇宙微波背景辐射,因此观测霍金辐射几乎是不可能的。
另一个可能存在的不同便是,虫洞可能没有黑洞所具有的视界。这意味着物质可以进入虫洞,也可以再次出来。实际上,理论家称有一类虫洞会自我包裹,因此并不会产生另一个宇宙的入口,而是返回到自身的入口。
勇敢者的游戏
即便如此,这也没有一个简单的测试方法。由于虫洞的具体的形状不同,物质跌入虫洞之后可能要花费数十亿年之后才能从里面出来。即使虫洞的形状非常完美,宇宙最古老的虫洞目前也尚未“吐出”任何物质。
看起来似乎只有一条探寻天文学黑洞的途径,那就是勇敢的纵身一跃。这绝对是一个勇敢者的危险游戏,因为如果跳入的是一个黑洞,其强大的重力场将会撕裂我们身体的每一个原子;即便幸运的进入了一个虫洞,内部强大的引力仍然是致命的。
假设你能幸存下来,而虫洞恰好是不对称的,你会发现自己处在另一个宇宙的另一边。还没等你看清楚,这个虫洞也许又把你吸回到所出发的宇宙入口了。
悠悠球运动
“太空船也能做这样的悠悠球运动,” 达穆尔说道,“(但是)如果使用自己的燃料,你就能从虫洞的引力中逃逸”,然后探索另一边的宇宙。
不过在宇宙这一边的朋友也许得等上数十亿年才能再次见到你,因为在虫洞里的穿行时间将会非常漫长。这样的延迟使得在虫洞两边的有效通讯变得几乎不可能。如果能够发现或者构建微观虫洞,这种延迟可能短至几秒钟时间,索罗杜金这样说道,这潜在的支持了双边通讯。
研究黑洞形成和虫洞特性的美国俄勒冈大学尤金分校的斯蒂芬·许(Stephen Hsu),也认为利用观测区分黑洞和虫洞之间差别几乎是不可能的,至少利用目前的科技是不可能实现的。
外来物质
“黑洞最重要的特性就是落入黑洞的物体“有去无回”的临界点,而对此我们目前还无法进行测试。” 斯蒂芬说道。但目前被认为是黑洞的天体也可能的确是黑洞而非虫洞,这种情况也并非不可能。目前存在不少关于黑洞形成的可行情景,例如大质量恒星的坍塌,但有关虫洞是如何形成的则仍是未知数。
虫洞可能与宏观的黑洞有所不同,它需要一些外来的物质保持自身稳定,而这种外来物质是否真实存在又是个未知数。
索罗杜金认为虫洞的形成方式可能与黑洞相差无几,例如都来自于坍塌的恒星。在这种情境下,物理学家一般认为会产生黑洞,但索罗杜金认为量子效应可能会阻止坍缩形成黑洞的过程,转而形成了虫洞。
微观黑洞
索罗杜金称这一机制在更完整的物理学理论下将不可避免,后者统一了重力和量子力学的理论,它是物理学界长久以来的梦想和目标。如果这一理论是正确的,那么以往我们认为会形成黑洞的地方,就可能会形成虫洞。
而这一猜想并不是没有方法对其进行测试,有的物理学家认为未来的粒子加速器实验将能够产生微观黑洞。这种微观黑洞有可能放射出可以计算的霍金辐射,以证明产生的是黑洞而非虫洞。但是如果索罗杜金猜想的是正确的话,那么形成的会是一个微观虫洞,因此将不会产生任何辐射。“通过这样简单的测试就能辨别产生的是黑洞还是虫洞。”
虫洞的另一个优点在于能够解决所谓的黑洞信息悖论。黑洞唯一能够释放出的就是霍金辐射,但这些霍金辐射将如何携带最初落入黑洞天体的原始信息,目前还尚不清楚。这种混乱效应与量子力学相冲突,后者禁止这种信息的丢失。
“从理论上来说,虫洞要比黑洞好的多,因此它不会发生信息丢失。” 索罗杜金说道。由于虫洞没有视界,物体无需转化成霍金辐射就能自动离开虫洞,因此也就不存在信息丢失的问题。
2013年12月06日 来源:凤凰科技
位于恒星可居住区的潜在超级地球开普勒-62f的艺术家印象图。
凤凰科技讯 北京时间12月6日消息,美国太空网报道,我们太阳系内存在很多世界,从如地狱火的金星到冰冻平原的火星,再到强劲风的天王星。从这个角度讲,地球是独立存在的,没有一颗行星可以比拟它的宜居性。 然而太阳系外又是另一番场景。利用太空和地面望远镜的观测表明有一个名为超级地球的新天体类型——这些世界质量大约为地球的2-10倍,半径不超过地球的2倍——可能是环绕其它恒星中最常见的行星类型。
这是因为在过去的几年间,天文学家发现了大量环绕不同类型恒星的地球大小的多岩石天体。在这些行星系统中,那些环绕M级恒星——比太阳更冷却更昏暗的恒星——的行星是尤其重要的。因为这些恒星的低表面温度,类地行星为了保证地表能够维持液态水所处的区域(也即可居住区)将距离恒星更近,从而使得观察这些潜在可居住的超级地球更加简单。
科学家还相信这些更小的恒星在宇宙里是普遍存在的,暗示着我们的星系邻居里将存在大量的超级地球。美国宇航局天体生物学研究所、美国大学马诺分校天文学学院的纳德·哈吉吉波尔(Nader Haghighipour)的研究兴趣便是查明这些世界是如何形成的,更重要的是,它们是如何到达目前的轨道的。
他的某些工作暗示着巨大行星的迁移可能是导致较小天体轨道更近的主要原因。它们巨大的引力激起了运行轨道上的岩石和原行星残骸,从而导致后者散落在星系附近,或者合并形成更小的星球,例如超级地球。“当巨大的行星靠近中央恒星,尤其是M白矮星,我非常感兴趣的是它们是如何影响较小的微行星的吸积,以及这将如何导致超级地球的产生,尤其是位于可居住区内,” 哈吉吉波尔说道。
位于美国夏威夷的凯克望远镜。
加速发现超级地球的步伐
哈吉吉波尔近期调查了超级地球的状态,这篇研究被发表在期刊《地球与行星科学年度回顾》上。第一批超级地球发现于1992年,当时它们环绕着脉冲星PSR B1257+12,但只是在过去的五年间发现超级地球的步伐加快了许多。这主要归结于美国宇航局开普勒太空望远镜的出现,它花费了4年时间搜寻天鹅座小部分天空区域的行星。开普勒于2013年结束了自己的主要任务,它其实已经远超过了预计的寿命。在任务期间,它提供了大量高质量的数据,革命化了系外行星科学领域。
位于较小恒星周围的短周期超级地球比位于太阳大小甚至更大的恒星周围的行星更容易监测,这是因为较小的恒星对行星拖拽作用的反应更为明显。如果从地球的视野看行星恰好从恒星前方路经,那么超级地球将阻挡更多恒星的光,使得它更容易被监测到。这一事实导致研究的注意力集中在利用径向速度和过境光度测定研究来寻找M恒星可居住区内的超级地球。
这些行星可以通过开普勒望远镜和地面望远镜观测到,比较常见的是,借助地面望远镜的发现往往利用了两项仪器,其中之一是位于智利拉西拉欧洲南方天文台3.6米望远镜上的高精度视向速度行星搜索器(HARPS),另一个是位于夏威夷莫纳克亚山凯克天文台的高分辨率阶梯光栅光谱仪(HiRES)。
当美国宇航局科学家重新监测开普勒的项目——它因两个后反动轮失灵而暂停了科研工作——他们正计划开普勒继任者项目,系外凌日现象观测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,简写TESS)。TESS在搜寻超级地球上有利有弊,哈吉吉波尔说道。
“由于TESS将覆盖整个天空,与开普勒只关注一小部分天空有所不同,它可能会发现更多(系外行星),” 哈吉吉波尔说道。“至于准确性和精密度,由于它不会像开普勒一样只停留在部分天空,因此它的精确性可能没有开普勒那么高。”
从美国宇航局水星信使号宇宙飞船看到的地球。天文学家并不确定超级地球是否具有类似地球的大陆板块或者大气层。
可居住性
哈吉吉波尔非常感兴趣的一个特定恒星系是格利泽667,一个距离地球22光年远的三星系统。哈吉吉波尔是2012年鉴别出格利泽667C可居住区内至少存在一颗超级地球的研究小组成员之一。
今年,由德国哥廷根大学带领的另一支小组揭示了如果存在一颗超级地球,那么实际上应该存在很多颗。这项最新的分析发现格利泽667系统里的M恒星大约有6颗或7颗行星,包括可居住区内3到5颗超级地球。
由于这颗恒星非常昏暗,位于可居住区内的行星可能非常拥挤。研究人员预估计这些行星的运行周期非常短,大约为20天至50天,甚至有的行星的一面会垂直朝向宿主恒星。即使是这样,天文学家仍相信生命可能在这样的世界里存在。“这是目前我们获得的(对潜在可居住系外行星)最可靠的监测”。哈吉吉波尔说道,而目前面临的挑战是从远距离理解行星的可居住环境。
虽然计算恒星可居住区的位置相对直接,但建模行星的动态性和气候则并非易事。这些行星是否有板块,例如——调节大气层里二氧化碳和水含量的地球物理学过程。天文学家对它们的内部结构仍一无所知,理解系外行星大气层组成部分仍是某些研究小组开始研究的课题。
然而,鉴定超级地球的工作仍在持续进行,自2009年起哈吉吉波尔就与美国加州大学圣克鲁兹、华盛顿卡耐基研究所的研究人员一起努力监测M恒星可居住区内的超级地球。格利泽667Cc是这些合作中最被援引的发现,但其实还存在其它发现。
开普勒太空望远镜在搜寻系外行星时监测的恒星区域。
从理论层面讲,哈吉吉波尔已经在天体物理学期刊上发表了两篇有关双星系统可居住性的文章。他还试图解开超级地球在距离自身恒星很远的地区是如何形成的。“很有可能每个系统都有自身的历史以及自我形成的方式。没有理由相信一个系统内行星的形成,或者可居住区内超级地球的形成,适用于所有系统。”
这项研究还可能提供我们太阳系自身形成的新见解。超级地球和热木星——紧密环绕自身母恒星的气体巨星——似乎在其它系统里普遍存在,为什么太阳系内则不同呢?“诚实来说,我们尚未有明确的答案。目前存在很多不同的模型陈述不同的理论解释太阳系内为什么没有超级地球和热木星。但这些模型想要具有说服力,首先它们必须要能够解释太阳系的其它特性。”
例如,紧密环绕太阳的气体巨星很可能会影响周围环绕的多岩石行星,这将是天文学家需要解决的一个有趣理论难题,否则他们将无法继续对太阳系外的行星进行分类。
2013年06月27日 来源:外星探索网
艺术家绘制的“超级地球”上的天空想象图 欧洲南方天文台今晨发布消息称,德国的科学家最新研究发现,太阳系附近有三颗“超级地球”,有可能存在外星生命。这三颗行星围绕天蝎座的一颗恒星运行,距离地球仅22光年。按照天文单位计算,堪称与地球是邻居。
最新研究 三颗行星温度适宜还有水
英国《太阳报》今晨报道称,这三颗刚被发现的行星拥有适宜的温度,而且有液态水,这都是生命存在的必要条件。天文学家称,这些行星属于天蝎座格利泽667C恒星的“宜居带”。
科学家称,行星上此前可能存在着海洋和湖泊,而且还存在成分复杂但稳定的大气,包括对生命最重要的二氧化碳和氧气循环。
研究团队对位于智利的欧洲南方天文台高精度径向速度行星搜索器(HARPS光谱仪)收集到的数据进行了重新分析,确认这3颗处在“宜居带”的行星公转周期分别是28天、31天和39天。
格利泽667C是天蝎座三恒星系统格利泽667中的恒星之一,这颗恒星距离地球仅有22光年,质量为地球的两倍,这是目前科学家发现的宜居地带中质量最低的一颗恒星。
格利泽667C比太阳体积小、光线暗、温度低,重量仅为太阳的三分之一。
哥廷根大学首席科学家安格拉达·埃斯库达说,该恒星有7颗低质量的行星在其近距离轨道上公转,此前科学家就已经在这个恒星系发现了强烈的信号,至少有五个信号可以证明这个星系拥有可能存在生命的低质量行星。
此前发现 太阳系外已有7颗宜居行星
此前,有国外媒体列出了太阳系外7颗最可能存在生命的行星。
虽然并非所有的行星都被确凿地证实宜居,关于它们的环境仍然有很多需要研究之处,但该目录的确给予天体生物学家一个起始点,来研究地球以外可能存在生命的星球。其中就包括格利泽581g,首次发现于2010年,这颗多岩石行星距离地球20光年,质量大约是地球的2至3倍。它环绕着自己的母星位于天秤座的格利泽581以30天的周期公转,然而有的科学家却对格利泽581g是否真的存在表示质疑。
另外,还有研究支持这颗行星的姐妹行星格利泽581d可能存在厚厚的二氧化碳大气层。该行星质量是地球的7倍,环绕一颗红矮星运行。
多知道点儿
“宜居带”是指一颗恒星周围的一定距离范围,在这一范围内水可以以液态形式存在。
由于液态水被科学家们认为是生命生存所不可缺少的元素,因此如果一颗行星恰好落在这一范围内,那么它就被认为有更大的机会拥有生命或至少拥有生命可以生存的环境。
2013年07月01日 来源:外星探索网
北京6月30日消息(记者郭淼)据中国之声《央广新闻》报道,德国的科学家最新研究发现,太阳系附近有三颗适宜生命繁衍的"超级地球",有可能存在外星生命。
"超级地球"也称超级类地行星,是指环境可能和地球类似,而质量通常为地球1到10倍的行星。这三颗行星围绕天蝎座的一颗恒星运行,距离地球仅22光年。按照天文单位计算,堪称和地球是邻居了。英国《太阳报》26日报道说,这三颗刚被发现的行星拥有适宜的温度,而且有液态水,这些都是生命存在的非常必要条件。科学家称,行星上之前可能存在海洋和湖泊,还存在成分复杂但稳定的大气,包括对生命最重要的二氧化碳和氧气循环。
1942年2月25日,探照灯的灯光都集中在美国洛杉矶上空的一个不明飞行物上。那个明亮物体周围的亮斑,是防空炮弹爆炸产生的碎片。
1952年,美国很多人在华盛顿看到一些UFO从美国国会大厦上空飞过,有人将这个画面拍了下来。
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