Gli scienziati hanno creato un “cucciolo” di wormhole utilizzando il computer quantistico di Google Sycamore 2. Nell'esperimento loro
Una nuova ricerca è il primo passoalla ricerca sulla gravità quantistica in laboratorio. Quando gli scienziati hanno visto i dati, hanno avuto un “attacco di panico”, è stato così impressionante, scrivono gli autori del lavoro. Ed ecco perché.
Come creare un "wormhole quantistico"?
I wormhole o i wormhole lo sonoipotetici tunnel nello spazio-tempo collegati da buchi neri (BH) ad entrambe le estremità. Nella loro natura, la loro enorme gravità fornisce le condizioni per la comparsa di un wormhole, ma quello simulato nel nuovo esperimento è leggermente diverso. Si tratta essenzialmente di un modello “giocattolo” basato sul teletrasporto quantistico, che simula due buchi neri per inviare informazioni attraverso un portale.
La gravità e il mondo quantistico sono storicamente consideratiprocessi opposti e diversi. Ma, secondo i ricercatori, questo non è del tutto vero. Secondo il principio olografico, una teoria della gravità che non funziona attorno alle singolarità dei buchi neri può essere spiegata dalle leggi quantistiche. Pertanto, il nuovo esperimento, tra le altre cose, cambia la fisica collegando la teoria generale della relatività (GR) e la meccanica quantistica.
Le previsioni di Einstein
L'idea dei wormhole è stata proposta per la prima volta da AlbertEinstein e il suo collega Nathan Rosen nel 1935. Poi hanno suggerito che, nel quadro della relatività generale, i buchi neri possono essere collegati da ponti che funzionano come un “portale”. Questa teoria è un tentativo di offrire una spiegazione alternativa per i punti di singolarità nello spazio: i nuclei dei buchi neri. Lì, la massa si concentrerà all'infinito in un punto, creando un campo gravitazionale così potente che lo spazio-tempo viene distorto all'infinito, distruggendo le equazioni di Einstein. Tuttavia, se questo “comportamento” dei buchi neri porta alla formazione di wormhole, allora la relatività generale è corretta, hanno ragionato gli scienziati.
Un wormhole che distorce lo spazio-tempo. Fonte: Needpix.com
Allo stesso tempo, un mese prima della pubblicazionefamoso articolo del 1935, Einstein, Rosen e il loro collega Boris Podolsky condussero un altro studio. Poi fecero una previsione che differiva dal loro lavoro successivo sulla relatività generale. Non sosteneva la teoria quantistica, ma piuttosto screditava le sue “conclusioni ridicole”.
Se le regole della meccanica quantistica sono vere, le proprietàdue particelle devono essere indissolubilmente legate, hanno sottolineato gli scienziati. Misurarne uno influenzerebbe immediatamente l'altro, anche se sono separati da una distanza enorme. Einstein ridicolizzò questo processo e oggi è noto come entanglement quantistico. Lo scienziato l’ha definita “azione spettrale a distanza”, alludendo alla sua irrealtà. Tuttavia, da allora è stato osservato e utilizzato più di una volta dai fisici.
L'errore principale di uno scienziato
Anche se Einstein ha fatto questi dueprevisioni rivoluzionarie, il suo disgusto per l'incertezza e la stranezza della fisica quantistica lo accecarono. Di conseguenza, non fece una scoperta fondamentale: la relatività generale e la fisica quantistica potrebbero essere correlate, così come lo erano le sue due ipotesi. Separando la relatività generale dalla teoria quantistica, i fisici non hanno esplorato un’importante area della scienza in cui gravità ed effetti quantistici si scontrano. Di conseguenza, non sappiamo ancora cosa si nasconda all'interno dei buchi neri e il punto infinitesimale in cui era concentrato l'Universo al momento del Big Bang.
Principio olografico
Da quando Einstein ha raggiunto un vicolo cieco,Gli scienziati hanno cercato di creare una "teoria del tutto" - per combinare la relatività e il mondo quantistico. Nel processo, i fisici hanno creato molte teorie molto insolite, una di queste è il principio olografico. Secondo esso, l'Universo è una proiezione olografica tridimensionale di processi che si verificano su una remota superficie bidimensionale.
L’idea è nata dal lavoro di Stephen Hawking negli anni ’70anni. Ha quindi formulato un apparente paradosso: se i buchi neri emettono effettivamente radiazione di Hawking (particelle virtuali che appaiono casualmente vicino all'orizzonte degli eventi), alla fine evaporeranno. Ciò viola la regola fondamentale della meccanica quantistica secondo cui l’informazione non può essere distrutta. Ora la GR e la meccanica quantistica non sembravano più semplicemente inconciliabili; Nonostante molte previsioni incredibilmente accurate, potrebbero essere completamente sbagliate.
Per risolvere questo problema, i sostenitori della teoriaLe stringhe, che riconciliavano il mondo quantistico e la relatività generale, postulavano che l’informazione in un buco nero è connessa alla superficie bidimensionale del suo orizzonte degli eventi (il punto oltre il quale nemmeno la luce può sfuggire a causa della supergravità). I fisici credevano che le informazioni su una stella che collassa in un buco nero fossero intrecciate con le fluttuazioni sulla superficie di quell’orizzonte prima di essere codificate nella radiazione di Hawking e inviate prima che il buco nero evaporasse.
Negli anni '90, i fisici teorici LeonardSusskind e Gerard Hoeft si resero conto che questa idea doveva essere sviluppata (in onore di Susskind, uno degli eroi della sitcom "The Big Bang Theory" fu distrutto). Se immagini tutte le informazioni su una stella tridimensionale su un orizzonte degli eventi bidimensionale, allora l'Universo (che ha anche il proprio orizzonte in espansione) è anche una proiezione tridimensionale di informazioni bidimensionali: un ologramma.
L'idea di un artista per un portale informativo. Foto: Needpix.com
Da questo punto di vista, due teorie disparate - sudi fatto, un tutto unificato. La curvatura gravitazionale dello spazio-tempo, come ogni altra cosa che vediamo, è una proiezione olografica. È apparso come risultato delle più piccole interazioni di particelle quantistiche sulla superficie a bassa dimensione di un lontano orizzonte.
Convalida dell'idea
Per testare queste idee, i fisici hanno usatoComputer Google Sycamore 2. Lo caricarono con un modello base di un semplice universo olografico che conteneva due buchi neri entangled a ciascuna estremità. Dopo aver codificato il messaggio di input nel primo qubit, gli scienziati hanno osservato come si trasformasse in un linguaggio senza senso (come se fosse stato inghiottito dal primo buco). E poi volò fuori senza essere criptato e senza danni dall’altra parte, come se fosse stato “sputato fuori” dal secondo buco nero.
Qual è il prossimo?
La cosa più sorprendente dell'esperimento del wormholenon è che il messaggio sia passato in una forma o nell'altra. È importante che sia apparso completamente intatto. In effetti, il modello si è comportato come un wormhole fisico: l'esperimento ha dimostrato che potrebbe essere alimentato dall'entanglement quantistico.
Allo stesso tempo, le informazioni passavano attraverso un minuscolospacco Era solo poche volte più grande della distanza più breve concepibile in natura: la lunghezza di Planck. In futuro, gli scienziati svilupperanno esperimenti più complessi e li eseguiranno con attrezzature più avanzate. L'obiettivo è inviare messaggi su lunghe distanze.
Qual è la linea di fondo?
Analoghi di un buco nero nel quantisticoi computer non sono mostri consumanti nascosti nello spazio. Gli scienziati non sono sicuri di aver modellato i buchi neri in modo sufficientemente accurato e hanno chiamato queste fratture dei computer quantistici buchi neri “emergenti”. Tuttavia, i fisici hanno notato che "sembrano anatre, camminano come anatre e starnazzano come anatre". Sembra che siano davvero delle anatre.
Un “salto” teorico su larga scala rispetto alNon è necessario inviare qualcosa di fisico, come una particella subatomica, attraverso un wormhole invece di informazioni. Tuttavia, i fisici sottolineano che la creazione di un vero mini-buco nero richiederebbe una densità di qubit molto più elevata. È molto difficile farlo sperimentalmente. C'è ancora molto lavoro da fare prima di mandare il cane Laika in un wormhole, come una volta fece nello spazio.
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In copertina: un'idea d'artista di un wormhole