A wormhole with two black holes
本文提出了一种爱因斯坦方程的平稳四维真空解，该解描述了一个洛伦兹虫洞，其中包含两个由半无限长宇宙弦悬挂的对跖共转黑洞，且在大多数参数值下还具有裸环奇点。
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宇宙管路：时空结构的旅程
想象一下，宇宙并非一个平坦、空旷的舞台，而是一个具有弹性的三维织物。这是爱因斯坦引力理论的游乐场，其中像恒星和黑洞这样的大质量物体就像沉重的保龄球，弯曲着周围的织物。通常，我们将这种织物视为一张单一且连续的薄片。但如果你能将这张薄片折叠起来，并将两个遥远的点缝合在一起会怎样？你将创造出一个时空的捷径，即被称为“虫洞”的隧道。虽然科幻小说热衷于利用这些隧道进行瞬间旅行，但真实的物理学要严苛得多。为了保持虫洞开启，你通常需要“奇异”物质——即那种向外推而非向内拉、违背常规引力规则的物质。然而，一些物理学家在想，大自然是否可能找到一种巧妙的方法，仅利用标准的引力规则来构建这些隧道，或许是将这种奇特性隐藏在被称为“宇宙弦”的细微、隐形的张力线中。理解这些理论结构有助于我们测试物理定律的极限：我们的定律在哪里失效，以及宇宙实际上可以呈现出哪些奇异的形状？
论文的发现：双黑洞虫洞
在这篇论文中，物理学家热拉尔·克莱门特（Gérard Clément）探索了爱因斯坦方程的一个非常特定的数学解——这是一组描述真空（即不存在普通物质）中引力如何运作的规则。他构建了一个虫洞模型，该模型既是静态的（不随时间改变），又充满了令人惊讶的一对访客：两个朝向相同的旋转黑洞，分别位于隧道的两侧。
可以将这个虫洞想象成一个宇宙沙漏。中间最窄的部分是连接两个不同宇宙（或同一个宇宙中两个遥远区域）的“喉部”。通常，如果你把两个黑洞放在一起，它们要么会撞在一起，要么会彼此分离。为了让它们在静态位置保持平衡，你通常需要一个“支柱”（刚性杆）或一个“米斯纳弦”（Misner string，一种奇特的、隐形的张力线）来固定它们。克莱门特的解之所以独特，是因为这两个黑洞并没有通过任何此类支柱或弦相互连接。相反，它们是通过两条半无限长的宇宙弦从虫洞的两端“悬挂”起来的。
想象一下，虫洞是连接两座悬崖的桥梁。这两个黑洞就像坐在桥上的沉重灯笼。它们之间不是互相捆绑，而是每个灯笼都由一根长长的、隐形的绳子悬挂着，绳子延伸到各自那一侧的悬崖边缘。这些绳子就是宇宙弦。有趣的是，根据克莱门特在方程中使用的特定数值，这些弦可以具有正向张力（像普通绳子一样拉紧）或负向张力（向外推）。这种设置使得黑洞能够在互不接触的情况下保持平衡悬挂。
然而，这种宇宙构造也伴随着一些严重的限制。论文发现，对于几乎所有可能的参数设置（即定义系统质量和自旋的数字），该虫洞都包含一个“裸环奇点”。为了直观理解，请想象一个具有无限密度的扁平旋转环，就坐落在虫洞喉部的正中心。与普通的黑洞不同（普通黑洞将其危险的核心隐藏在事件视界——即“不归点”之后），这个环是“裸露”的，意味着它暴露在宇宙之中。论文表明，如果你沿着一条路径（测地线）向这个环移动，你的旅程就会在那里戛然而止；路径会突然中断。
此外，这个裸环的存在创造了一个时间行为怪异的区域。数学表明，在这个虫洞的有界体积内，存在着“封闭类时曲线”。简单来说，这意味着空间中存在着可以绕回自身时间的路径，理论上允许物体回到自己的过去。虽然这听起来像是一台时光机，但论文将其视为一种数学上的必然结果，而非一种实用的装置。
作者还提到了一个特殊的简化情况。如果方程中的某个特定无量纲参数被设定为恰好等于 1，宇宙弦就会完全消失（其张力变为零），且裸环奇点也会随之消失。在这种非常特定的情景下，这个复杂的虫洞解会简化并退化为广为人知的单个旋转黑洞解（克尔黑洞）。但在论文描述的一般情况下，宇宙是一个更加奇异的地方：一个由宇宙弦悬挂着两个旋转黑洞的虫洞，中心有一个危险的、暴露的无限密度环，同时还允许出现时间循环的可能性。
这个解是一个数学发现，是通过取一个涉及“引力磁偶极子”（即由米斯纳弦连接的两个黑洞系统）的已知解，并进行一种称为“解析延拓”的数学技巧，从而将连接处的弦转化为那两条悬挂着的弦和虫洞喉部。这是一个理论模型，而非对天空中真实存在的物体的观测，但它为引力方程所允许的狂野可能性提供了一个迷人的视角。
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