Naudodami „Google“ kvantinį kompiuterį Sycamore 2 mokslininkai sukūrė „kūdikio“ kirmgraužą. Eksperimente jie
Nauji tyrimai yra pirmasis žingsnisį kvantinės gravitacijos tyrimus laboratorijoje. Kai mokslininkai pamatė duomenis, juos ištiko „panikos priepuolis“, tai buvo toks įspūdingas, rašo darbo autoriai. Ir štai kodėl.
Kaip sukurti „kvantinę kirmgraužą“?
Kirmgraužos arba kirmgraužos yrahipotetiniai erdvėlaikio tuneliai, sujungti juodosiomis skylėmis (BH) abiejuose galuose. Iš prigimties jų didžiulė gravitacija sudaro sąlygas atsirasti kirmgraužai, tačiau naujajame eksperimente modeliuojama šiek tiek kitokia. Iš esmės tai yra „žaislinis“ modelis, pagrįstas kvantine teleportacija, kuris imituoja dvi juodąsias skyles, kad siųstų informaciją per portalą.
Gravitacija ir kvantinis pasaulis yra istoriškai laikomipriešingi, skirtingi procesai. Tačiau, pasak mokslininkų, tai nėra visiškai tiesa. Pagal holografinį principą gravitacijos teorija, kuri neveikia juodosios skylės singuliarumo atžvilgiu, gali būti paaiškinta kvantiniais dėsniais. Taigi naujasis eksperimentas, be kita ko, keičia fiziką, susiejant bendrąją reliatyvumo teoriją (GR) ir kvantinę mechaniką.
Einšteino prognozės
Kirmgraužų idėją pirmasis pasiūlė AlbertasEinšteinas ir jo kolega Nathanas Rosenas 1935 m. Tada jie pasiūlė, kad pagal bendrąją reliatyvumo teoriją juodosios skylės gali būti sujungtos tiltais, kurie veikia kaip „portalas“. Ši teorija yra bandymas pasiūlyti alternatyvų singuliarumo taškų erdvėje – juodųjų skylių šerdies – paaiškinimą. Ten masė be galo susikaups viename taške, sukurdama tokį galingą gravitacinį lauką, kad erdvėlaikis iškreipiamas iki begalybės, sunaikinant Einšteino lygtis. Tačiau jei toks juodųjų skylių „elgesys“ veda prie kirmgraužų susidarymo, tada bendroji reliatyvumo teorija yra teisinga, samprotavo mokslininkai.
Kirmgrauža, kuri iškreipia erdvėlaikį. Šaltinis: Needpix.com
Tuo pačiu metu likus mėnesiui iki paskelbimoEinšteinas, Rosenas ir jų kolega Borisas Podolskis atliko kitą tyrimą. Tada jie padarė prognozę, kuri skyrėsi nuo jų vėlesnio darbo apie bendrąją reliatyvumą. Ji nepalaikė kvantinės teorijos, o diskreditavo jos „juokingas išvadas“.
Jei kvantinės mechanikos taisyklės teisingos, savybėsdvi dalelės turi būti neatsiejamai susijusios, pabrėžė mokslininkai. Vieno matavimas akimirksniu paveiktų kitą, net jei juos skiria didžiulis atstumas. Einšteinas išjuokė šį procesą ir šiandien jis žinomas kaip kvantinis susipynimas. Mokslininkas tai pavadino „vaiduoklišku veiksmu per atstumą“, užsimindamas apie jo nerealumą. Tačiau nuo to laiko jį ne kartą pastebėjo ir naudojo fizikai.
Pagrindinė mokslininko klaida
Nors Einšteinas padarė šiuos dunovatoriškos prognozės, jo nepasitenkinimas kvantinės fizikos netikrumu ir keistumu jį apakino. Dėl to jis nepadarė esminio atradimo: bendroji reliatyvumo teorija ir kvantinė fizika gali būti susijusios, kaip ir dvi jo prielaidos. Atskirdami bendrąjį reliatyvumą nuo kvantinės teorijos, fizikai neištyrė svarbios mokslo srities, kurioje susiduria gravitacijos ir kvantiniai efektai. Dėl to mes vis dar nežinome, kas slypi juodosiose skylėse ir be galo mažame taške, kuriame Didžiojo sprogimo momentu buvo sutelkta Visata.
Holografinis principas
Kadangi Einšteinas pateko į aklavietę,Mokslininkai bandė sukurti „visko teoriją“ – sujungti reliatyvumą ir kvantinį pasaulį. Per šį procesą fizikai sukūrė daug labai neįprastų teorijų, viena iš jų yra holografinis principas. Pagal ją Visata yra trimatė holografinė procesų, vykstančių atokiame dvimačiame paviršiuje, projekcija.
Idėja kilo septintajame dešimtmetyje Stepheno Hawkingo darbemetų. Tada jis suformulavo akivaizdų paradoksą: jei juodosios skylės iš tikrųjų skleidžia Hawkingo spinduliuotę (virtualias daleles, kurios atsitiktinai atsiranda šalia įvykių horizonto), jos ilgainiui išgaruos. Tai pažeidžia pagrindinę kvantinės mechanikos taisyklę, kad informacijos negalima sunaikinti. Dabar GR ir kvantinė mechanika nebeatrodė tiesiog nesuderinami; Nepaisant daugybės neįtikėtinai tikslių prognozių, jos gali būti visiškai klaidingos.
Norėdami išspręsti šią problemą, teorijos šalininkaistygos, derinusios kvantinį pasaulį ir bendrąjį reliatyvumą, postulavo, kad juodojoje skylėje esanti informacija yra sujungta su dvimačiu jos įvykių horizonto paviršiumi (tašku, už kurio dėl supergravitacijos negali ištrūkti net šviesa). Fizikai manė, kad informacija apie žvaigždės griūtį į juodąją skylę buvo įtraukta į svyravimus to horizonto paviršiuje, prieš tai buvo užkoduota Hokingo spinduliuote ir siunčiama prieš juodajai skylei išgaruojant.
1990-aisiais fizikai teoretikai LeonardasSusskindas ir Gerardas Hoeftas suprato, kad šią idėją reikia plėtoti (Susskindo garbei buvo sunaikintas vienas iš komedijos „Didžiojo sprogimo teorija“ herojų). Jeigu visą informaciją apie trimatę žvaigždę įsivaizduojate dvimačiame įvykių horizonte, tai Visata (kuri irgi turi savo besiplečiantį horizontą) taip pat yra trimatė dvimatės informacijos projekcija – holograma.
Menininko idėja apie informacinį portalą. Nuotrauka: Needpix.com
Šiuo požiūriu dvi skirtingos teorijos – apieiš tikrųjų vieninga visuma. Gravitacinis erdvės laiko kreivumas, kaip ir visa kita, ką matome, yra holografinė projekcija. Tai atsirado dėl mažiausios kvantinių dalelių sąveikos tolimojo horizonto žemo matmens paviršiuje.
Idėjos patvirtinimas
Norėdami patikrinti šias idėjas, fizikai naudojoGoogle kompiuteris Sycamore 2. Jie įkėlė į jį pagrindinį paprastos holografinės visatos modelį, kurio kiekviename gale buvo dvi kvantiškai susipynusios juodosios skylės. Užkodavus įvesties pranešimą į pirmąjį kubitą, mokslininkai stebėjo, kaip jis virsta beprasmiškumu (tarsi jį būtų prarijusi pirmoji skylė). Ir tada jis išskrido neužšifruotas ir nepažeistas kitame gale, tarsi jį „išspjautų“ antroji juodoji skylė.
Kas toliau?
Pats nuostabiausias dalykas apie kirmgraužos eksperimentąnėra tai, kad pranešimas perduotas viena ar kita forma. Svarbu, kad jis atrodytų visiškai nepažeistas. Tiesą sakant, modelis elgėsi kaip fizinė kirmgrauža: eksperimentas parodė, kad jį gali maitinti kvantinis įsipainiojimas.
Tuo pačiu metu informacija perėjo per mažytįtarpas Jis buvo tik kelis kartus didesnis už trumpiausią įmanomą atstumą gamtoje – Planko ilgį. Ateityje mokslininkai kurs sudėtingesnius eksperimentus ir atliks juos naudodami pažangesnę įrangą. Tikslas – siųsti žinutes dideliais atstumais.
Kokia esmė?
Juodosios skylės kvante analogaikompiuteriai nėra viską suryjantys monstrai, besislepiantys erdvėje. Mokslininkai nėra tikri, ar pakankamai tiksliai sumodeliavo juodąsias skyles, ir šiuos kvantinio kompiuterio lūžius pavadino „atsirandančiomis“ juodosiomis skylėmis. Tačiau fizikai pažymėjo, kad jos „atrodo kaip antys, vaikšto kaip antys ir kvatoja kaip antys“. Atrodo, kad jie tikrai yra antys.
Didelio masto teorinis „šuolis“ išNebūtina per kirmgraužą vietoj informacijos siųsti kažko fizinio, pavyzdžiui, subatominės dalelės. Tačiau fizikai pabrėžia, kad norint sukurti tikrą mini juodąją skylę, reikėtų daug didesnio kubitų tankio. Labai sunku tai padaryti eksperimentiškai. Dar reikia daug nuveikti prieš išsiunčiant šunį Laiką į kirmgraužą, kaip kadaise į kosmosą.
Skaityti daugiau:
Kiaušinis buvo numestas iš kosmoso: pažiūrėkite, kas jam nutiko
JAV plinta smegenis valganti ameba: ar gresia pavojus Rusijai
Pažiūrėkite, kaip atrodo moteris Thora. Ji gyveno prieš 800 metų
Viršelyje: menininko idėja apie kirmgraužą