Wetenschappers hebben een ‘baby’-wormgat gemaakt met behulp van de kwantumcomputer Sycamore 2 van Google. In het experiment zij
Nieuw onderzoek is de eerste stapvoor onderzoek naar kwantumzwaartekracht in het laboratorium. Toen wetenschappers de gegevens zagen, kregen ze een ‘paniekaanval’, het was zo indrukwekkend, schrijven de auteurs van het werk. En dit is waarom.
Hoe maak je een "kwantum wormgat"?
Wormgaten of wormgaten zijn dat welhypothetische tunnels in ruimte-tijd verbonden door zwarte gaten (BH) aan beide uiteinden. Door hun aard biedt hun enorme zwaartekracht de voorwaarden voor het ontstaan van een wormgat, maar de simulatie die in het nieuwe experiment wordt gesimuleerd is iets anders. In wezen is dit een ‘speelgoedmodel’ gebaseerd op kwantumteleportatie, dat twee zwarte gaten simuleert om informatie via een portaal te verzenden.
Zwaartekracht en de kwantumwereld worden historisch beschouwdtegenovergestelde, verschillende processen. Maar dat is volgens onderzoekers niet helemaal waar. Volgens het holografische principe kan een zwaartekrachttheorie die niet werkt rond singulariteiten van zwarte gaten worden verklaard door kwantumwetten. Het nieuwe experiment verandert dus onder meer de natuurkunde, door de algemene relativiteitstheorie (GR) en de kwantummechanica met elkaar te verbinden.
Einsteins voorspellingen
Het idee van wormgaten werd voor het eerst voorgesteld door AlbertEinstein en zijn collega Nathan Rosen in 1935. Vervolgens suggereerden ze dat, binnen het raamwerk van de algemene relativiteitstheorie, zwarte gaten met elkaar verbonden kunnen worden door bruggen die werken als een ‘portaal’. Deze theorie is een poging een alternatieve verklaring te bieden voor singulariteitspunten in de ruimte: de kernen van zwarte gaten. Daar zal de massa zich eindeloos concentreren op een bepaald punt, waardoor zo’n krachtig zwaartekrachtveld ontstaat dat de ruimte-tijd tot in het oneindige wordt vervormd, waardoor de vergelijkingen van Einstein worden vernietigd. Als dit ‘gedrag’ van zwarte gaten echter leidt tot de vorming van wormgaten, dan is de algemene relativiteitstheorie juist, zo redeneerden wetenschappers.
Een wormgat dat de ruimtetijd vervormt. Bron: Needpix.com
Tegelijkertijd, een maand voor publicatieIn het beroemde artikel uit 1935 voerden Einstein, Rosen en hun collega Boris Podolsky nog een onderzoek uit. Vervolgens deden ze een voorspelling die verschilde van hun latere werk over de algemene relativiteitstheorie. Het ondersteunde de kwantumtheorie niet, maar bracht eerder de ‘belachelijke conclusies’ in diskrediet.
Als de regels van de kwantummechanica waar zijn, zijn de eigenschappentwee deeltjes moeten onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn, benadrukten wetenschappers. Het meten van de een zou onmiddellijk invloed hebben op de ander, zelfs als ze over een enorme afstand van elkaar gescheiden zijn. Einstein maakte dit proces belachelijk, en tegenwoordig staat het bekend als kwantumverstrengeling. De wetenschapper noemde het ‘spookachtige actie op afstand’, waarmee hij zinspeelde op de onwerkelijkheid ervan. Sindsdien is het echter meer dan eens door natuurkundigen waargenomen en gebruikt.
De belangrijkste fout van een wetenschapper
Ook al deed Einstein deze tweebaanbrekende voorspellingen, verblindde zijn afkeer van de onzekerheid en vreemdheid van de kwantumfysica hem. Als gevolg hiervan deed hij geen essentiële ontdekking: de algemene relativiteitstheorie en de kwantumfysica kunnen verband houden, net als zijn twee aannames. Door de algemene relativiteitstheorie te scheiden van de kwantumtheorie hebben natuurkundigen een belangrijk wetenschapsgebied waarin zwaartekracht en kwantumeffecten botsen niet verkend. Als gevolg hiervan weten we nog steeds niet wat er verborgen zit in zwarte gaten en in het oneindig kleine punt waarin het heelal geconcentreerd was op het moment van de oerknal.
Holografisch principe
Sinds Einstein op een doodlopende weg was beland,Wetenschappers probeerden een ‘theorie van alles’ te creëren – om relativiteit en de kwantumwereld te combineren. Daarbij creëerden natuurkundigen veel zeer ongebruikelijke theorieën, waaronder het holografische principe. Volgens deze theorie is het heelal een driedimensionale holografische projectie van processen die plaatsvinden op een afgelegen tweedimensionaal oppervlak.
Het idee ontstond in de jaren zeventig uit het werk van Stephen Hawkingjaar. Vervolgens formuleerde hij een schijnbare paradox: als zwarte gaten daadwerkelijk Hawking-straling uitzenden (virtuele deeltjes die willekeurig nabij de waarnemingshorizon verschijnen), zullen ze uiteindelijk verdampen. Dit is in strijd met de basisregel van de kwantummechanica dat informatie niet kan worden vernietigd. Nu leken GR en de kwantummechanica niet langer alleen maar onverenigbaar; Ondanks veel ongelooflijk nauwkeurige voorspellingen, kunnen ze er helemaal naast zitten.
Om dit probleem op te lossen, voorstanders van de theoriestrings, die de kwantumwereld en de algemene relativiteitstheorie met elkaar verzoenden, postuleerden dat de informatie in een zwart gat verbonden is met het tweedimensionale oppervlak van zijn waarnemingshorizon (het punt waarboven zelfs licht niet kan ontsnappen vanwege superzwaartekracht). Natuurkundigen geloofden dat informatie over een ster die instortte in een zwart gat werd verweven met fluctuaties op het oppervlak van die horizon voordat deze werd gecodeerd in Hawking-straling en werd verzonden voordat het zwarte gat verdampte.
In de jaren negentig ontdekten theoretisch natuurkundigen LeonardSusskind en Gerard Hoeft beseften dat dit idee ontwikkeld moest worden (ter ere van Susskind werd een van de helden van de sitcom “The Big Bang Theory” vernietigd). Als je je alle informatie over een driedimensionale ster op een tweedimensionale gebeurtenishorizon voorstelt, dan is het heelal (dat ook zijn eigen uitdijende horizon heeft) ook een driedimensionale projectie van tweedimensionale informatie: een hologram.
Een kunstenaarsidee van een informatieportaal. Foto: Needpix.com
Vanuit dit oogpunt, twee ongelijksoortige theorieën - opin feite een verenigd geheel. De zwaartekrachtkromming van ruimte-tijd is, net als al het andere dat we zien, een holografische projectie. Het verscheen als resultaat van de kleinste interacties van kwantumdeeltjes op het laagdimensionale oppervlak van een verre horizon.
Idee validatie
Om deze ideeën te testen, gebruikten natuurkundigenGoogle-computer Sycamore 2. Ze laadden het met een basismodel van een eenvoudig holografisch universum dat aan elk uiteinde twee kwantumverstrengelde zwarte gaten bevatte. Nadat ze het invoerbericht in de eerste qubit hadden gecodeerd, keken de wetenschappers hoe het in wartaal veranderde (alsof het door het eerste gat was opgeslokt). En toen vloog het aan de andere kant ongecodeerd en onbeschadigd naar buiten, alsof het door het tweede zwarte gat was ‘uitgespuugd’.
Wat is de volgende stap?
Het meest verbazingwekkende aan het wormgat-experimentis niet dat de boodschap in een of andere vorm is doorgegeven. Het is belangrijk dat het er volledig intact uitziet. In feite gedroeg het model zich als een fysiek wormgat: het experiment toonde aan dat het kon worden aangedreven door kwantumverstrengeling.
Tegelijkertijd ging de informatie door een kleingat Het was slechts een paar keer groter dan de kortst denkbare afstand in de natuur: de Plancklengte. In de toekomst zullen wetenschappers complexere experimenten ontwikkelen en deze uitvoeren met geavanceerdere apparatuur. Het doel is om berichten over lange afstanden te verzenden.
Waar komt het op neer?
Analogons van een zwart gat in het kwantumcomputers zijn geen allesverslindende monsters die zich in de ruimte verstoppen. Wetenschappers weten niet zeker of ze zwarte gaten nauwkeurig genoeg hebben gemodelleerd, en ze noemen deze kwantumcomputerfracturen 'opkomende' zwarte gaten. Natuurkundigen merkten echter op dat ze "eruit zien als eenden, lopen als eenden en kwaken als eenden." Het lijkt alsof het echt eenden zijn.
Een grootschalige theoretische ‘sprong’ uit deHet is niet nodig om iets fysieks, zoals een subatomair deeltje, door een wormgat te sturen in plaats van informatie. Natuurkundigen benadrukken echter dat het creëren van een echt mini-zwart gat een veel hogere dichtheid aan qubits zou vereisen. Het is erg moeilijk om dit experimenteel te doen. Er moet nog veel werk worden verzet voordat de hond Laika het wormgat in wordt gestuurd, zoals hij ooit de ruimte in deed.
Lees verder:
Het ei is uit de ruimte gedropt: kijk wat ermee is gebeurd
Hersenetende amoeben verspreiden zich in de VS: is er een gevaar voor Rusland?
Kijk hoe een vrouw Thora eruit ziet. Ze leefde 800 jaar geleden
Op de hoes: een kunstenaarsidee van een wormgat