Οι επιστήμονες δημιούργησαν μια σκουληκότρυπα «μωρού» χρησιμοποιώντας τον κβαντικό υπολογιστή Sycamore 2 της Google. Στο πείραμα αυτοί
Η νέα έρευνα είναι το πρώτο βήμαστην έρευνα της κβαντικής βαρύτητας στο εργαστήριο. Όταν οι επιστήμονες είδαν τα δεδομένα, έπαθαν μια «κρίση πανικού», ήταν τόσο εντυπωσιακό, γράφουν οι συγγραφείς της εργασίας. Και ιδού γιατί.
Πώς να δημιουργήσετε μια «κβαντική σκουληκότρυπα»;
Σκουληκότρυπες ή σκουληκότρυπες είναιυποθετικές σήραγγες στο χωροχρόνο, που συνδέονται με μαύρες τρύπες (BH) και στα δύο άκρα. Στη φύση τους, η τεράστια βαρύτητα τους παρέχει τις συνθήκες για να εμφανιστεί μια σκουληκότρυπα, αλλά αυτή που προσομοιώνεται στο νέο πείραμα είναι ελαφρώς διαφορετική. Ουσιαστικά, πρόκειται για ένα μοντέλο «παιχνιδιού» που βασίζεται στην κβαντική τηλεμεταφορά, το οποίο προσομοιώνει δύο μαύρες τρύπες για να στείλει πληροφορίες μέσω μιας πύλης.
Η βαρύτητα και ο κβαντικός κόσμος θεωρούνται ιστορικάαντίθετα, διαφορετικές διαδικασίες. Όμως, σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό δεν είναι απολύτως αλήθεια. Σύμφωνα με την ολογραφική αρχή, μια θεωρία της βαρύτητας που δεν λειτουργεί γύρω από τις ιδιομορφίες της μαύρης τρύπας μπορεί να εξηγηθεί με κβαντικούς νόμους. Έτσι, το νέο πείραμα, μεταξύ άλλων, αλλάζει τη φυσική, συνδέοντας τη γενική θεωρία της σχετικότητας (GR) και την κβαντική μηχανική.
Οι προβλέψεις του Αϊνστάιν
Η ιδέα των σκουληκότρυπων προτάθηκε για πρώτη φορά από τον AlbertΟ Αϊνστάιν και ο συνάδελφός του Νέιθαν Ρόζεν το 1935. Στη συνέχεια πρότειναν ότι, στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, οι μαύρες τρύπες μπορούν να συνδεθούν με γέφυρες που λειτουργούν σαν μια «πύλη». Αυτή η θεωρία είναι μια προσπάθεια να προσφέρει μια εναλλακτική εξήγηση για τα σημεία μοναδικότητας στο διάστημα - τους πυρήνες των μαύρων τρυπών. Εκεί, η μάζα θα συγκεντρωθεί ατελείωτα σε ένα σημείο, δημιουργώντας ένα τόσο ισχυρό βαρυτικό πεδίο που ο χωροχρόνος παραμορφώνεται στο άπειρο, καταστρέφοντας τις εξισώσεις του Αϊνστάιν. Ωστόσο, εάν αυτή η «συμπεριφορά» των μαύρων οπών οδηγεί στο σχηματισμό σκουληκότρυπων, τότε η γενική σχετικότητα είναι σωστή, σκέφτηκαν οι επιστήμονες.
Μια σκουληκότρυπα που παραμορφώνει τον χωροχρόνο. Πηγή: Needpix.com
Παράλληλα, ένα μήνα πριν από τη δημοσίευσηδιάσημη εφημερίδα του 1935, ο Αϊνστάιν, ο Ρόζεν και ο συνάδελφός τους Μπόρις Ποντόλσκι διεξήγαγαν μια άλλη μελέτη. Στη συνέχεια έκαναν μια πρόβλεψη που διέφερε από την μεταγενέστερη εργασία τους για τη γενική σχετικότητα. Δεν υποστήριξε την κβαντική θεωρία, αλλά μάλλον απαξίωσε τα «γελοία συμπεράσματά της».
Αν ισχύουν οι κανόνες της κβαντικής μηχανικής, οι ιδιότητεςδύο σωματίδια πρέπει να είναι άρρηκτα συνδεδεμένα, τόνισαν οι επιστήμονες. Η μέτρηση του ενός θα επηρέαζε αμέσως το άλλο, ακόμα κι αν τα χωρίζει μια τεράστια απόσταση. Ο Αϊνστάιν γελοιοποίησε αυτή τη διαδικασία και σήμερα είναι γνωστή ως κβαντική εμπλοκή. Ο επιστήμονας το ονόμασε «μια δράση φάντασμα σε απόσταση», υπονοώντας την εξωπραγματικότητά του. Ωστόσο, από τότε έχει παρατηρηθεί και χρησιμοποιηθεί περισσότερες από μία φορές από φυσικούς.
Το κύριο λάθος ενός επιστήμονα
Παρόλο που ο Αϊνστάιν έκανε αυτά τα δύοοι ρηξικέλευθες προβλέψεις, η απέχθειά του για την αβεβαιότητα και την παραξενιά της κβαντικής φυσικής τον τύφλωσαν. Ως αποτέλεσμα, δεν έκανε μια ζωτική ανακάλυψη: η γενική σχετικότητα και η κβαντική φυσική μπορεί να σχετίζονται, όπως και οι δύο υποθέσεις του. Διαχωρίζοντας τη γενική σχετικότητα από την κβαντική θεωρία, οι φυσικοί δεν έχουν εξερευνήσει έναν σημαντικό τομέα της επιστήμης στον οποίο η βαρύτητα και τα κβαντικά φαινόμενα συγκρούονται. Ως αποτέλεσμα, δεν γνωρίζουμε ακόμα τι κρύβεται μέσα στις μαύρες τρύπες και το απειροελάχιστο σημείο στο οποίο συγκεντρώθηκε το Σύμπαν τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης.
Ολογραφική αρχή
Από τότε που ο Αϊνστάιν έφτασε σε αδιέξοδο,Οι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν μια «θεωρία των πάντων» - να συνδυάσουν τη σχετικότητα και τον κβαντικό κόσμο. Στην πορεία, οι φυσικοί δημιούργησαν πολλές πολύ ασυνήθιστες θεωρίες, μία από αυτές είναι η ολογραφική αρχή. Σύμφωνα με αυτό, το Σύμπαν είναι μια τρισδιάστατη ολογραφική προβολή διεργασιών που συμβαίνουν σε μια απομακρυσμένη δισδιάστατη επιφάνεια.
Η ιδέα ξεκίνησε από το έργο του Stephen Hawking τη δεκαετία του 1970χρόνια. Στη συνέχεια διατύπωσε ένα προφανές παράδοξο: εάν οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν πραγματικά ακτινοβολία Hawking (εικονικά σωματίδια που εμφανίζονται τυχαία κοντά στον ορίζοντα γεγονότων), τελικά θα εξατμιστούν. Αυτό παραβιάζει τον βασικό κανόνα της κβαντικής μηχανικής ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν να καταστραφούν. Τώρα η GR και η κβαντομηχανική δεν φαίνονταν πλέον απλώς ασυμβίβαστες. Παρά τις πολλές απίστευτα ακριβείς προβλέψεις, θα μπορούσαν να είναι εντελώς λάθος.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι υποστηρικτές της θεωρίαςχορδές, που συμφιλίωσαν τον κβαντικό κόσμο και τη γενική σχετικότητα, υπέθεσαν ότι οι πληροφορίες σε μια μαύρη τρύπα συνδέονται με τη δισδιάστατη επιφάνεια του ορίζοντα γεγονότων της (το σημείο πέρα από το οποίο ακόμη και το φως δεν μπορεί να διαφύγει λόγω της υπερβαρύτητας). Οι φυσικοί πίστευαν ότι οι πληροφορίες σχετικά με ένα αστέρι που καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα υφαίνονται σε διακυμάνσεις στην επιφάνεια αυτού του ορίζοντα πριν κωδικοποιηθούν στην ακτινοβολία Hawking και σταλούν πριν εξατμιστεί η μαύρη τρύπα.
Στη δεκαετία του 1990, οι θεωρητικοί φυσικοί LeonardΟ Susskind και ο Gerard Hoeft συνειδητοποίησαν ότι αυτή η ιδέα έπρεπε να αναπτυχθεί (προς τιμή του Susskind, ένας από τους ήρωες της κωμικής σειράς "The Big Bang Theory" καταστράφηκε). Αν φανταστείτε όλες τις πληροφορίες για ένα τρισδιάστατο αστέρι σε έναν δισδιάστατο ορίζοντα γεγονότων, τότε το Σύμπαν (το οποίο έχει επίσης τον δικό του διαστελλόμενο ορίζοντα) είναι επίσης μια τρισδιάστατη προβολή δισδιάστατων πληροφοριών - ένα ολόγραμμα.
Η ιδέα ενός καλλιτέχνη για μια πύλη πληροφοριών. Φωτογραφία: Needpix.com
Από αυτή την άποψη, δύο ανόμοιες θεωρίες - επίστην πραγματικότητα ένα ενιαίο σύνολο. Η βαρυτική καμπυλότητα του χωροχρόνου, όπως και οτιδήποτε άλλο βλέπουμε, είναι μια ολογραφική προβολή. Εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα των μικρότερων αλληλεπιδράσεων κβαντικών σωματιδίων στην επιφάνεια χαμηλών διαστάσεων ενός μακρινού ορίζοντα.
Επικύρωση ιδέας
Για να δοκιμάσουν αυτές τις ιδέες, οι φυσικοί χρησιμοποίησανΥπολογιστής Google Sycamore 2. Το φόρτωσαν με ένα βασικό μοντέλο ενός απλού ολογραφικού σύμπαντος που περιείχε δύο κβαντικές μπλεγμένες μαύρες τρύπες σε κάθε άκρο. Αφού κωδικοποίησαν το μήνυμα εισαγωγής στο πρώτο qubit, οι επιστήμονες παρακολούθησαν καθώς μετατράπηκε σε ασυναρτησίες (σαν να το είχε καταπιεί η πρώτη τρύπα). Και μετά, πέταξε χωρίς κρυπτογράφηση και χωρίς φθορές στην άλλη άκρη, σαν να το είχε «φτύσει» η δεύτερη μαύρη τρύπα.
Τι άλλο;
Το πιο εκπληκτικό πράγμα για το πείραμα της σκουληκότρυπαςδεν είναι ότι το μήνυμα έχει περάσει με τη μια ή την άλλη μορφή. Είναι σημαντικό ότι εμφανίστηκε εντελώς άθικτο. Στην πραγματικότητα, το μοντέλο συμπεριφέρθηκε σαν μια φυσική σκουληκότρυπα: το πείραμα έδειξε ότι θα μπορούσε να τροφοδοτηθεί από κβαντική εμπλοκή.
Την ίδια στιγμή, οι πληροφορίες περνούσαν από ένα μικροσκοπικόχάσμα Ήταν μόνο μερικές φορές μεγαλύτερη από τη μικρότερη δυνατή απόσταση στη φύση - το μήκος Planck. Στο μέλλον, οι επιστήμονες θα αναπτύξουν πιο σύνθετα πειράματα και θα τα εκτελούν με πιο προηγμένο εξοπλισμό. Στόχος είναι η αποστολή μηνυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις.
Ποια είναι η κατώτατη γραμμή;
Ανάλογα μιας μαύρης τρύπας στο κβαντικόΟι υπολογιστές δεν είναι τέρατα που καταναλώνουν τα πάντα που κρύβονται στο διάστημα. Οι επιστήμονες δεν είναι σίγουροι αν έχουν μοντελοποιήσει τις μαύρες τρύπες με αρκετή ακρίβεια και έχουν ονομάσει αυτά τα ρωγμές κβαντικών υπολογιστών «αναδυόμενες» μαύρες τρύπες. Ωστόσο, οι φυσικοί παρατήρησαν ότι «μοιάζουν με πάπιες, περπατούν σαν πάπιες και τρελάρες σαν πάπιες». Φαίνεται ότι είναι πραγματικά πάπιες.
Ένα μεγάλης κλίμακας θεωρητικό «άλμα» από τοΔεν είναι απαραίτητο να στείλετε κάτι φυσικό, όπως ένα υποατομικό σωματίδιο, μέσω μιας σκουληκότρυπας αντί για πληροφορίες. Ωστόσο, οι φυσικοί τονίζουν ότι η δημιουργία μιας πραγματικής μίνι μαύρης τρύπας θα απαιτούσε πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα qubits. Είναι πολύ δύσκολο να γίνει αυτό πειραματικά. Υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει πριν στείλουμε τον σκύλο Λάικα σε μια σκουληκότρυπα, όπως έκανε κάποτε στο διάστημα.
Διαβάστε περισσότερα:
Το αυγό έπεσε από το διάστημα: δείτε τι συνέβη
Η αμοιβάδα που τρώει τον εγκέφαλο εξαπλώνεται στις ΗΠΑ: υπάρχει κίνδυνος για τη Ρωσία
Δείτε πώς είναι γυναίκα η Thora. Έζησε πριν από 800 χρόνια
Στο εξώφυλλο: η ιδέα ενός καλλιτέχνη για μια σκουληκότρυπα