Naukowcy stworzyli „mały” tunel czasoprzestrzenny, korzystając z komputera kwantowego Google Sycamore 2. W eksperymencie oni
Nowe badania to pierwszy krokdo badań grawitacji kwantowej w laboratorium. Kiedy naukowcy zobaczyli dane, dostali „ataku paniki”. To było naprawdę imponujące – piszą autorzy pracy. Oto dlaczego.
Jak stworzyć „kwantowy tunel czasoprzestrzenny”?
Tunele czasoprzestrzenne lub tunele czasoprzestrzenne sąhipotetyczne tunele w czasoprzestrzeni połączone czarnymi dziurami (BH) na obu końcach. Z natury ich ogromna grawitacja stwarza warunki do pojawienia się tunelu czasoprzestrzennego, ale ten symulowany w nowym eksperymencie jest nieco inny. Zasadniczo jest to model „zabawkowy” oparty na teleportacji kwantowej, który symuluje dwie czarne dziury w celu przesyłania informacji przez portal.
Grawitacja i świat kwantowy są rozważane historycznieprzeciwne, różne procesy. Ale zdaniem naukowców nie jest to do końca prawdą. Zgodnie z zasadą holograficzną teorię grawitacji, która nie działa wokół osobliwości czarnych dziur, można wyjaśnić prawami kwantowymi. Tym samym nowy eksperyment zmienia między innymi fizykę, łącząc ogólną teorię względności (GR) i mechanikę kwantową.
przewidywania Einsteina
Pomysł tuneli czasoprzestrzennych został po raz pierwszy zaproponowany przez AlbertaEinstein i jego kolega Nathan Rosen w 1935 r. Następnie zasugerowali, że w ramach ogólnej teorii względności czarne dziury można łączyć mostami, które działają jak „portal”. Teoria ta jest próbą zaproponowania alternatywnego wyjaśnienia punktów osobliwości w przestrzeni – jąder czarnych dziur. Tam masa będzie się w nieskończoność koncentrować w jednym punkcie, tworząc tak potężne pole grawitacyjne, że czasoprzestrzeń zostanie zniekształcona do nieskończoności, niszcząc równania Einsteina. Jeśli jednak to „zachowanie” czarnych dziur prowadzi do powstawania tuneli czasoprzestrzennych, to ogólna teoria względności jest poprawna – argumentowali naukowcy.
Tunel czasoprzestrzenny, który zniekształca czasoprzestrzeń. Źródło: Needpix.com
Jednocześnie na miesiąc przed publikacjąw słynnej pracy z 1935 r. Einstein, Rosen i ich kolega Borys Podolski przeprowadzili kolejne badanie. Następnie dokonali przewidywania, które różniło się od ich późniejszych prac nad ogólną teorią względności. Nie wspierał teorii kwantowej, a raczej dyskredytował jej „śmieszne wnioski”.
Jeśli zasady mechaniki kwantowej są prawdziwe, właściwościnaukowcy podkreślają, że dwie cząstki muszą być ze sobą nierozerwalnie powiązane. Pomiar jednego natychmiast wpłynie na drugi, nawet jeśli dzieli je ogromna odległość. Einstein wyśmiał ten proces i dziś nazywa się go splątaniem kwantowym. Naukowiec nazwał to „upiornym działaniem na odległość”, sugerując jego nierealność. Jednak od tego czasu był on obserwowany i stosowany nie raz przez fizyków.
Główny błąd naukowca
Chociaż Einstein zrobił te dwaprzełomowych przewidywań, zaślepiła go niechęć do niepewności i obcości fizyki kwantowej. W rezultacie nie dokonał istotnego odkrycia: ogólna teoria względności i fizyka kwantowa mogą być ze sobą powiązane, podobnie jak jego dwa założenia. Oddzielając ogólną teorię względności od teorii kwantowej, fizycy nie zbadali ważnego obszaru nauki, w którym zderzają się grawitacja i efekty kwantowe. W rezultacie nadal nie wiemy, co kryje się we wnętrzu czarnych dziur i w nieskończenie małym punkcie, w którym Wszechświat był skupiony w momencie Wielkiego Wybuchu.
Zasada holograficzna
Ponieważ Einstein znalazł się w ślepym zaułku,Naukowcy próbowali stworzyć „teorię wszystkiego” - połączyć teorię względności i świat kwantowy. W trakcie tego procesu fizycy stworzyli wiele bardzo nietypowych teorii, jedną z nich jest zasada holograficzna. Według niej Wszechświat jest trójwymiarową holograficzną projekcją procesów zachodzących na odległej dwuwymiarowej powierzchni.
Pomysł narodził się w pracach Stephena Hawkinga w latach 70. XX wiekulata. Następnie sformułował pozorny paradoks: jeśli czarne dziury rzeczywiście emitują promieniowanie Hawkinga (wirtualne cząstki pojawiające się losowo w pobliżu horyzontu zdarzeń), w końcu wyparują. Narusza to podstawową zasadę mechaniki kwantowej, że informacji nie można zniszczyć. Teraz GR i mechanika kwantowa nie wydawały się już po prostu nie do pogodzenia; Pomimo wielu niezwykle trafnych przewidywań, mogą one być całkowicie błędne.
Aby rozwiązać ten problem, zwolennicy teoriistrings, który pogodził świat kwantowy z ogólną teorią względności, postulował, że informacja zawarta w czarnej dziurze jest powiązana z dwuwymiarową powierzchnią jej horyzontu zdarzeń (punktu, poza który ze względu na supergrawitację nawet światło nie może uciec). Fizycy wierzyli, że informacje o zapadnięciu się gwiazdy w czarną dziurę są wplecione w fluktuacje na powierzchni horyzontu, zanim zostaną zakodowane w promieniowaniu Hawkinga i przesłane, zanim czarna dziura wyparuje.
W latach 90. fizycy teoretyczni LeonardSusskind i Gerard Hoeft zdali sobie sprawę, że pomysł ten należy rozwinąć (na cześć Susskinda jeden z bohaterów serialu „Teoria wielkiego podrywu” został zniszczony). Jeśli wyobrazisz sobie całą informację o trójwymiarowej gwieździe na dwuwymiarowym horyzoncie zdarzeń, wówczas Wszechświat (który również ma swój własny rozszerzający się horyzont) jest również trójwymiarową projekcją dwuwymiarowej informacji - hologramem.
Artystyczny pomysł na portal informacyjny. Zdjęcie: Needpix.com
Z tego punktu widzenia dwie odmienne teorie - naw rzeczywistości jednolitą całość. Grawitacyjna krzywizna czasoprzestrzeni, podobnie jak wszystko inne, co widzimy, jest projekcją holograficzną. Pojawił się w wyniku najmniejszych oddziaływań cząstek kwantowych na niskowymiarowej powierzchni odległego horyzontu.
Walidacja pomysłu
Aby przetestować te pomysły, fizycy wykorzystaliKomputer Google Sycamore 2. Załadowali go podstawowym modelem prostego holograficznego wszechświata, który zawierał na każdym końcu dwie splątane kwantowo czarne dziury. Po zakodowaniu komunikatu wejściowego w pierwszym kubicie naukowcy obserwowali, jak zamienia się on w bełkot (jakby został połknięty przez pierwszą dziurę). A potem wyleciał niezaszyfrowany i nieuszkodzony na drugim końcu, jakby został „wypluty” przez drugą czarną dziurę.
Co dalej?
Najbardziej niesamowita rzecz w eksperymencie z tunelem czasoprzestrzennymnie jest to, że wiadomość przeszła w takiej czy innej formie. Ważne jest, aby wyglądał na całkowicie nienaruszony. W rzeczywistości model zachowywał się jak fizyczny tunel czasoprzestrzenny: eksperyment wykazał, że może być zasilany splątaniem kwantowym.
W tym samym czasie informacja przeszła przez malutkąluka Była tylko kilka razy większa od najkrótszej możliwej odległości w przyrodzie – długości Plancka. W przyszłości naukowcy będą opracowywać bardziej złożone eksperymenty i przeprowadzać je przy użyciu bardziej zaawansowanego sprzętu. Celem jest wysyłanie wiadomości na duże odległości.
Jaki jest wynik finansowy?
Kwantowe odpowiedniki czarnej dziurykomputery nie są pochłaniającymi wszystko potworami ukrywającymi się w kosmosie. Naukowcy nie są pewni, czy wystarczająco dokładnie modelowali czarne dziury, dlatego nazwali te pęknięcia w komputerze kwantowym „powstającymi” czarnymi dziurami. Jednak fizycy zauważyli, że „wyglądają jak kaczki, chodzą jak kaczki i kwaczą jak kaczki”. Wygląda na to, że to naprawdę są kaczki.
Zakrojony na szeroką skalę teoretyczny „skok” z tzwNie jest konieczne wysyłanie czegoś fizycznego, na przykład cząstki subatomowej, przez tunel czasoprzestrzenny zamiast informacji. Fizycy podkreślają jednak, że stworzenie prawdziwej mini-czarnej dziury wymagałoby znacznie większej gęstości kubitów. Bardzo trudno jest to zrobić eksperymentalnie. Nadal pozostaje wiele do zrobienia, zanim pies Łajka zostanie wysłany do tunelu czasoprzestrzennego, tak jak kiedyś to zrobił w kosmos.
Czytaj więcej:
Jajko zostało zrzucone z kosmosu: zobacz, co się z nim stało
Ameba zjadająca mózg rozprzestrzenia się w USA: czy istnieje zagrożenie dla Rosji?
Zobacz, jak wygląda kobieta Thora. Żyła 800 lat temu
Na okładce: pomysł artysty na tunel czasoprzestrzenny