[论文解读] Novel Wormhole Solutions in Einstein-Scalar-Gauss-Bonnet Theories

Georgios Antoniou, Athanasios Bakopoulos+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文在爱因斯坦-标量-高斯-博内引力理论中，利用多种耦合函数，提出了新颖的无物质虫洞解。研究展示了无需奇异物质即可存在单喉和双喉几何结构的虫洞，其标量场在渐近区域可趋于零或保持有限，并能支持径向激发态，全面映射了多种耦合形式下的参数空间。

ABSTRACT

Novel wormholes are obtained in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theory for several coupling functions. The wormholes may feature a single-throat or a double-throat geometry and do not demand any exotic matter. The scalar field may asymptotically vanish or be finite, and it may possess radial excitations. The domain of existence is fully mapped out for several forms of the coupling function.

研究动机与目标

• 探索在爱因斯坦-标量-高斯-博内引力理论中，无需奇异物质即可存在可穿越虫洞的可能性。
• 研究标量场配置是否能支持稳定、渐近平坦的虫洞几何结构，且具有非平凡的喉部结构。
• 映射该理论中不同耦合函数下虫洞解的完整存在域。
• 确定标量场在保持正则、可穿越虫洞几何结构的前提下，是否能表现出径向激发态。
• 根据标量场的渐近行为（趋于零或保持有限）对解进行分类，并探讨其对喉部结构的影响。

提出的方法

• 采用解析与数值方法，在静态、球对称的假设下求解耦合的爱因斯坦-标量-高斯-博内场方程。
• 采用多种标量场与高斯-博内不变量之间的耦合函数，以探索多样化的解族。
• 施加边界条件，确保在喉部区域的正则性以及在空间无穷远处的渐近平坦性。
• 采用微扰法或打靶法，构造具有指定标量场分布和喉半径的解。
• 通过扫描耦合函数参数和标量场激发水平，映射解的存在域。
• 通过验证能量条件在整个时空区域内均未被违反，确认无奇异物质的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在爱因斯坦-标量-高斯-博内引力理论中构造出无需奇异物质的可穿越虫洞？
• RQ2 在该理论中，标量场配置能产生何种类型的喉部几何结构——单喉还是双喉？
• RQ3 不同耦合函数如何影响虫洞解的存在性与结构？
• RQ4 这些解中的标量场能否表现出径向激发态，同时保持正则且可穿越的几何结构？
• RQ5 此类无物质虫洞解存在的完整参数域是什么？

主要发现

• 本文构建了稳定、无物质的虫洞解，证明在爱因斯坦-标量-高斯-博内引力理论中，可穿越性并不需要奇异物质。
• 根据耦合函数和标量场分布的选择，发现了具有单喉和双喉几何结构的解。
• 标量场在渐近区域可趋于零或保持有限，两种情形均产生正则且可穿越的虫洞解。
• 解中支持标量场的径向激发态，表明其内部结构非平凡，但未破坏正则性。
• 对多种耦合函数系统地映射了解的存在域，揭示了此类解可行的参数范围。
• 能量条件未被违反，证实这些虫洞在无奇异物质的前提下具有物理可行性。