تم إنشاء ثقب دودي على الأرض: كيف أثبت أن أينشتاين كان مخطئًا وغير الفيزياء

ابتكر العلماء ثقبًا دوديًا "صغيرًا" باستخدام الكمبيوتر الكمي Sycamore 2 من Google. في التجربة هم

لم يستخدموا الجاذبية، بل الكمارتباك. ومن خلال تشابك الكيوبتات (أو البتات الكمومية) في دوائر صغيرة فائقة التوصيل، أنشأ الفيزيائيون بوابة يتم من خلالها نقل المعلومات. يمكن للتجربة أن تؤكد الفرضية القائلة بأن كوننا عبارة عن صورة ثلاثية الأبعاد مجمعة مع معلومات كمومية. ونشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها وتفاصيل التجربة في مجلة الطبيعة.

البحث الجديد هو الخطوة الأولىلأبحاث الجاذبية الكمومية في المختبر. عندما رأى العلماء البيانات، أصيبوا "بنوبة ذعر"، وكان الأمر مثيرًا للإعجاب للغاية، كما كتب مؤلفو العمل. وهذا هو السبب.

كيف تصنع "ثقب دودي كمومي"؟

الثقوب الدودية أو الثقوب الدودية هيأنفاق افتراضية في الزمكان متصلة بواسطة الثقوب السوداء (BH) عند كلا الطرفين. ومن حيث طبيعتها، فإن جاذبيتها الهائلة توفر الظروف الملائمة لظهور الثقب الدودي، ولكن الذي تمت محاكاته في التجربة الجديدة مختلف قليلاً. في الأساس، هذا نموذج "لعبة" يعتمد على النقل الكمي الآني، والذي يحاكي ثقبين أسودين لإرسال المعلومات عبر البوابة.

تم اعتبار الجاذبية وعالم الكم تاريخياًمعاكسة ، عمليات مختلفة. لكن ، وفقًا للباحثين ، هذا ليس صحيحًا تمامًا. وفقًا لمبدأ التصوير المجسم ، يمكن تفسير نظرية الجاذبية التي لا تعمل حول تفردات الثقب الأسود بقوانين الكم. وهكذا ، فإن التجربة الجديدة ، من بين أشياء أخرى ، تغير الفيزياء ، وتربط بين النظرية العامة للنسبية (GR) وميكانيكا الكم.

توقعات أينشتاين

فكرة الثقوب الدودية كانت أول من اقترحها ألبرتأينشتاين وزميله ناثان روزين عام 1935. ثم اقترحوا أنه، في إطار النسبية العامة، يمكن ربط الثقوب السوداء بواسطة جسور تعمل مثل "البوابة". هذه النظرية هي محاولة لتقديم تفسير بديل لنقاط التفرد في الفضاء، وهي مراكز الثقوب السوداء. هناك، ستتركز الكتلة إلى ما لا نهاية عند نقطة واحدة، مما يخلق مجال جاذبية قويًا بحيث يتم تشويه الزمكان إلى ما لا نهاية، مما يؤدي إلى تدمير معادلات أينشتاين. ومع ذلك، إذا كان هذا "السلوك" للثقوب السوداء يؤدي إلى تكوين الثقوب الدودية، فإن النسبية العامة صحيحة، كما يقول العلماء.

ثقب دودي يشوه الزمكان. المصدر: Needpix.com

وفي الوقت نفسه، قبل شهر من النشرفي ورقة بحثية مشهورة عام 1935، أجرى أينشتاين وروزن وزميلهما بوريس بودولسكي دراسة أخرى. ثم قاموا بتنبؤ يختلف عن عملهم اللاحق في النسبية العامة. فهو لم يدعم نظرية الكم، بل دحض مصداقيتها "استنتاجاتها السخيفة".

إذا كانت قواعد ميكانيكا الكم صحيحة، فإن الخصائصوشدد العلماء على أن الجزيئين يجب أن يكونا مرتبطين بشكل لا ينفصم. فقياس أحدهما سيؤثر فورًا على الآخر، حتى لو كانت بينهما مسافة كبيرة. وقد سخر أينشتاين من هذه العملية، وهي تعرف اليوم باسم التشابك الكمي. ووصفه العالم بأنه "عمل شبحي عن بعد"، في إشارة إلى عدم واقعيته. ومع ذلك، منذ ذلك الحين تمت ملاحظته واستخدامه أكثر من مرة من قبل الفيزيائيين.

الخطأ الرئيسي للعالم

على الرغم من أن أينشتاين فعل هذين الأمرينتنبؤاته الرائدة، فإن كراهيته لعدم اليقين والغرابة في فيزياء الكم أعمته. ونتيجة لذلك، فهو لم يقم باكتشاف حيوي: فقد تكون النسبية العامة وفيزياء الكم مرتبطتين، كما هو الحال مع افتراضاته. ومن خلال فصل النسبية العامة عن نظرية الكم، لم يستكشف الفيزيائيون مجالًا مهمًا من العلوم تتصادم فيه الجاذبية وتأثيرات الكم. ونتيجة لذلك، ما زلنا لا نعرف ما هو مخفي داخل الثقوب السوداء والنقطة المتناهية الصغر التي كان يتركز فيها الكون لحظة الانفجار الكبير.

مبدأ التصوير المجسم

منذ أن وصل أينشتاين إلى طريق مسدود،حاول العلماء إنشاء "نظرية كل شيء" - للجمع بين النسبية وعالم الكم. في هذه العملية، ابتكر الفيزيائيون العديد من النظريات غير العادية، إحداها هي المبدأ الهولوغرافي. ووفقاً لها، فإن الكون عبارة عن إسقاط ثلاثي الأبعاد للعمليات التي تحدث على سطح بعيد ثنائي الأبعاد.

نشأت الفكرة في أعمال ستيفن هوكينج في السبعينياتسنين. ثم قام بصياغة مفارقة واضحة: إذا كانت الثقوب السوداء تبعث بالفعل إشعاع هوكينج (جسيمات افتراضية تظهر بشكل عشوائي بالقرب من أفق الحدث)، فسوف تتبخر في النهاية. وهذا ينتهك القاعدة الأساسية لميكانيكا الكم التي تنص على أنه لا يمكن تدمير المعلومات. الآن لم تعد النسب الوراثية وميكانيكا الكم تبدو غير قابلة للتوفيق؛ على الرغم من العديد من التنبؤات الدقيقة بشكل لا يصدق، إلا أنها قد تكون خاطئة تمامًا.

لحل هذه المشكلة، أنصار النظريةتفترض الأوتار، التي التوفيق بين عالم الكم والنسبية العامة، أن المعلومات الموجودة في الثقب الأسود متصلة بالسطح ثنائي الأبعاد لأفق الحدث الخاص به (النقطة التي لا يستطيع حتى الضوء الهروب بعدها بسبب الجاذبية الفائقة). اعتقد الفيزيائيون أن المعلومات حول نجم ينهار في ثقب أسود تم نسجها في تقلبات على سطح ذلك الأفق قبل تشفيرها في إشعاع هوكينج وإرسالها قبل أن يتبخر الثقب الأسود.

في التسعينيات، اكتشف الفيزيائيون النظريون ليوناردأدرك سوسكيند وجيرارد هوفت أن هذه الفكرة بحاجة إلى تطوير (تكريما لسسكيند، تم تدمير أحد أبطال المسرحية الهزلية "نظرية الانفجار الكبير"). إذا تخيلت كل المعلومات حول نجم ثلاثي الأبعاد في أفق حدث ثنائي الأبعاد، فإن الكون (الذي له أيضًا أفق متوسع خاص به) هو أيضًا إسقاط ثلاثي الأبعاد لمعلومات ثنائية الأبعاد - صورة ثلاثية الأبعاد.

فكرة فنان لبوابة المعلومات. الصورة:  Needpix.com

من وجهة النظر هذه ، نظريتان متباينتان - علىفي الواقع ، كل موحد. الانحناء الثقالي للزمكان ، مثل أي شيء آخر نراه ، هو إسقاط ثلاثي الأبعاد. ظهرت نتيجة لأصغر تفاعلات الجسيمات الكمومية على سطح منخفض الأبعاد لأفق بعيد.

التحقق من صحة الفكرة

ولاختبار هذه الأفكار، استخدم الفيزيائيونجوجل كمبيوتر سيكامور 2. لقد قاموا بتحميله بنموذج أساسي لكون ثلاثي الأبعاد بسيط يحتوي على ثقبين أسودين كميين متشابكين عند كل طرف. بعد تشفير رسالة الإدخال في الكيوبت الأول، شاهد العلماء تحولها إلى رطانة (كما لو أن الثقب الأول قد ابتلعتها). وبعد ذلك، طار دون تشفير ودون ضرر في الطرف الآخر، كما لو أنه "بصق" بواسطة الثقب الأسود الثاني.

ما التالي؟

الشيء الأكثر روعة في تجربة الثقب الدوديليس أن الرسالة قد مرت بشكل أو بآخر. من المهم أن تبدو سليمة تمامًا. في الواقع ، تصرف النموذج مثل ثقب دودي فيزيائي: أظهرت التجربة أنه يمكن تشغيله عن طريق التشابك الكمومي.

وفي الوقت نفسه، مرت المعلومات من خلال صغيرةفجوة لقد كانت أكبر ببضع مرات فقط من أقصر مسافة يمكن تصورها في الطبيعة، وهي طول بلانك. وفي المستقبل، سيعمل العلماء على تطوير تجارب أكثر تعقيدًا وتنفيذها باستخدام معدات أكثر تقدمًا. الهدف هو إرسال رسائل عبر مسافات طويلة.

ما هو الحد الأدنى؟

نظائرها من الثقب الأسود في الكمأجهزة الكمبيوتر ليست وحوشًا مستهلكة للوقت تختبئ في الفضاء. العلماء ليسوا متأكدين مما إذا كانوا قد قاموا بنمذجة الثقوب السوداء بدقة كافية، وقد أطلقوا على كسور الكمبيوتر الكمومية هذه اسم "الثقوب السوداء الناشئة". ومع ذلك، لاحظ الفيزيائيون أنها "تشبه البط، وتمشي مثل البط، وتصدر صوتًا مثل البط". يبدو أنهم حقا البط.

"قفزة" نظرية واسعة النطاق منليس من الضروري إرسال شيء مادي، مثل جسيم دون ذري، عبر الثقب الدودي بدلاً من المعلومات. ومع ذلك، يؤكد الفيزيائيون أن إنشاء ثقب أسود صغير حقيقي سيتطلب كثافة أعلى بكثير من الكيوبتات. من الصعب جدًا القيام بذلك تجريبياً. لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به قبل إرسال الكلبة لايكا إلى الثقب الدودي، كما فعل ذات مرة في الفضاء.

قراءة المزيد:

تم إسقاط البيضة من الفضاء: انظر ماذا حدث لها

الأميبا آكلة الدماغ تنتشر في الولايات المتحدة: هل هناك خطر على روسيا

انظر كيف تبدو امرأة ثورا. عاشت قبل 800 عام

على الغلاف: فكرة فنان عن ثقب دودي