探索广义相对论中纠缠粒子与虫洞之间联系的模型

量子纠缠是一种物理过程，通过该过程，成对的粒子相互连接，即使相隔很远，也仍然保持这种状态。由于其神秘的性质和有前景的现实应用，这种令人着迷的现象一直是众多研究的焦点。

圣十字学院的研究员本·凯恩(BenKain)最近介绍了一种基于模拟的模型，该模型概述了纠缠粒子和虫洞之间可能的联系，即时空遥远区域之间的假设联系。他的模型发表在《物理评论快报》上，是一个具体的框架，可用于测试和研究物理学家胡安·马尔达塞纳和伦纳德·苏斯金德提出的最新理论。

“2019年，我研究了一种叫做狄拉克星的东西，”凯恩告诉Phys.org。“由狄拉克方程描述的费米子，当与广义相对论耦合时，具有类似星形的解，其中费米子可以通过引力相互作用来保持其构型。顺便说一句，对恒星的传统描述当然充满了费米子，并不能完全解释广义相对论。”

在圣十字学院两名本科生的帮助下，凯恩之前编写了可以模拟狄拉克星的代码。几年前，其他研究人员发现，当这些狄拉克系统包含电荷时，它们可能包含虫洞。

虫洞是爱因斯坦重力场方程的解，可以将其可视化为两端位于遥远地方和/或不同时间点的隧道。最近的论文暗示带电荷的狄拉克星具有虫洞解，假设虫洞是可穿越的，这意味着粒子可以从一侧移动到另一侧。

“我认为如果我能够模拟这个虫洞并确认虫洞是否可以穿越，那将会非常有趣，”凯恩说。“我关注的狄拉克系统使用两个费米子(即两个遵守泡利不相容原理的粒子)。我的模拟要求系统是球对称的，因为这样更容易求解。为了实现球对称，总的系统的角动量必须为零。这最终要求两个费米子处于一种称为“单重态”的状态，该状态使粒子纠缠在一起。”

(a)紫色虚线表示每个粒子的大致位置。蓝色曲线表示光线的路径。蓝色曲线的这种特殊形状是黑洞形成的确凿证据，而且它们正在绘制出均匀的视界。(b,c)这些是相同的图，只是图2(c)缩小了。灰线也是光线可以通过的路径。我们可以看到光线可以从正r条侧穿过负r条侧，反之亦然。这意味着它们可以穿越虫洞。然而，他们被困在事件视界内，无法逃脱。这使得虫洞无法穿越。(d)L-bar是物理长度，利用图1中的绿色曲线。该图显示了由于虫洞长度正在缩小，粒子(由紫色曲线表示)如何彼此靠近。图片来源：本·凯恩。

大约十年前，物理学家马尔达西纳和苏斯金德提出了纠缠粒子通过虫洞连接的想法。这是一个大胆而激进的猜想，因为它为量子力学现象(即纠缠)提供了与重力相关的解释(即虫洞)。

凯恩解释说：“纠缠需要超光速的通信，尽管人类无法利用这种超光速的通信来以超光速相互发送信息。”“Maldacena和Susskind提出，这种比光速更快的通信可能通过虫洞进行。他们进一步提出，虫洞必须是不可穿越的(即人类无法穿过它)，以与人类无法利用虫洞相一致。系统发送信息的速度比光还快。”

凯恩在他最近的论文中介绍了一种新模型，可以帮助探索马尔达塞纳和萨斯金德的假设。该模型基于对通过虫洞连接的两个纠缠费米子的模拟。

在运行这个模拟时，凯恩发现在这种情况下，黑洞会迅速形成，覆盖虫洞的两端。这些黑洞最终使虫洞变得不可穿越，这意味着没有任何东西可以穿过它并到达另一端。

凯恩说：“由于该模型描述了两个由不可穿越的虫洞连接的纠缠费米子，因此它是研究马尔达塞纳和萨斯金德猜想的具体模型。”“他们将他们的猜想命名为ER=EPR。ER代表爱因斯坦-罗森桥，这是虫洞的第一个名字。EPR代表爱因斯坦-波多尔斯基-罗森，他们是第一个研究纠缠粒子的人。我研究的模型因此是ER=EPR的具体例子。”

最近的这篇论文介绍了一种新模型来探索量子纠缠和虫洞之间可能的联系。凯恩希望通过进一步检查他的模型，研究人员将能够确定马尔达西纳和苏斯金德的假设是否正确，同时确定虫洞如何促进超光速通信，这是纠缠的关键要求。

“我对未来工作的一个想法是扩展模拟，让物质进入虫洞的一侧，从而进入黑洞，并穿过虫洞，”凯恩补充道。“我感兴趣的是这可能会如何影响系统。”

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