第532章数学已证明一种特殊的时空具有不稳定性

作者:蔡泽禹 加入书签推荐本书

家将不得不采取一种全新的方法。达菲莫斯说:“已经开发了很多数学工具来解决稳定性问题。”“但不稳定是一个完全不同的领域——尤其是这种类型的不稳定,”它本质上是非线性的,导致一个固有的复杂情况,与相应的棘手的计算。

研究人员怀疑反德西特时空可能是不稳定的,因为他们相信它的边界会反射,从而导致它“像一面镜子,所以任何撞击它的波都会回来,”达菲莫斯解释说。

“从物理角度来看,边界处的反射是有意义的,”新泽西州普林斯顿高等研究院的物理学家胡安·马尔达塞纳说。这部分是由于反德西特空间的弯曲,但还有一个更简单的解释(前提是坚持能量守恒的原则)。

加州大学伯克利分校的数学家乔治斯·莫西迪斯在爱因斯坦方程中找到了棘手的非线性效应。

如果这个边界实际上是反射的,那么就没有什么能从反德西特时空中泄漏出去。因此,任何进入系统的物质或能量都有可能集中起来,可能集中到黑洞形成的程度。问题是,这种情况真的会发生吗?如果真的发生了,是什么机制导致物质和能量聚集到这样的程度而不是保持分散?

莫斯基迪斯想象站在反德西特时空的中间,就像站在一个巨大的球里面,它的边缘或边界是无限的。如果你从那里发送一个光信号,它会在有限的时间内到达边界。由于众所周知的相对论效应,这种旅行才成为可能:尽管到边界的空间距离确实是无限的,但对于以光速或接近光速运动的波或物体来说,时间会变慢。因此,一个观察者站在反德西特时空的中间会看到一束光线在有限的时间内到达边界。

莫斯基迪斯没有使用光线,而是将广义相对论模型中常用的一种物质——所谓的爱因斯坦-弗拉索夫粒子——放入反德西特空间。这些粒子在时空中产生物质的同心圆波,类似于出现在池塘中的水波。

当物质突然进入这个时空时,会产生许多同心波,前两个将是最大的。因为它们包含了最多的物质和能量。第一个波(称为波1)会向外膨胀,直到触及边界,反弹回来,并在向中心收缩。第二个波将接踵而至。

当波1反弹离开边界并开始向中心收缩时,它会碰到仍在膨胀的波2。莫西迪斯确定,爱因斯坦方程的一个结果是,在这样的相互作用中,膨胀的波(这里是波2)总是将能量传递给收缩的波(波1)。

在波1到达中心后,它将再次开始膨胀,与现在正在收缩的波2相遇。这一次,波1将给予波2能量。这个循环可以重复很多很多次。

莫奇迪斯还发现了另一件事:在靠近中心的地方,波占据的空间更少,它们携带的能量更集中。正因为如此,波在中心附近的相互作用中交换的能量比在边界附近的相互作用中要多。最终结果是,波1在中心给予波2的能量比波2在边界给予波1的能量多。

经过无数次的迭代,波2变得越来越大。因此,波2的能量密度继续

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