Vedci vytvorili „detskú“ červiu dieru pomocou kvantového počítača Sycamore 2 od spoločnosti Google. V experimente oni
Nový výskum je prvým krokomna výskum kvantovej gravitácie v laboratóriu. Keď vedci uvideli údaje, dostali „záchvat paniky“, bolo to také pôsobivé, píšu autori práce. A tu je dôvod.
Ako vytvoriť „kvantovú červiu dieru“?
Červí diery alebo červie diery súhypotetické tunely v časopriestore spojené čiernymi dierami (BH) na oboch koncoch. Vo svojej podstate ich obrovská gravitácia poskytuje podmienky na to, aby sa objavila červia diera, ale tá simulovaná v novom experimente je mierne odlišná. V podstate ide o „hračkový“ model založený na kvantovej teleportácii, ktorá simuluje dve čierne diery na odosielanie informácií cez portál.
Gravitácia a kvantový svet sú historicky považovanéopačné, odlišné procesy. Podľa výskumníkov to však nie je úplne pravda. Podľa holografického princípu možno teóriu gravitácie, ktorá nefunguje okolo singularít čiernych dier, vysvetliť pomocou kvantových zákonov. Nový experiment teda okrem iného mení fyziku, prepája všeobecnú teóriu relativity (GR) a kvantovú mechaniku.
Einsteinove predpovede
Myšlienku červích dier prvýkrát navrhol AlbertEinstein a jeho kolega Nathan Rosen v roku 1935. Potom navrhli, že v rámci všeobecnej teórie relativity môžu byť čierne diery spojené mostami, ktoré fungujú ako „portál“. Táto teória je pokusom ponúknuť alternatívne vysvetlenie bodov singularity vo vesmíre – jadier čiernych dier. Tam sa hmota bude donekonečna koncentrovať v jednom bode, čím sa vytvorí také silné gravitačné pole, že časopriestor je zdeformovaný do nekonečna, čím sa ničia Einsteinove rovnice. Ak však toto „správanie“ čiernych dier vedie k vytvoreniu červích dier, potom je všeobecná relativita správna, uviedli vedci.
Červiu dieru, ktorá deformuje časopriestor. Zdroj: Needpix.com
Zároveň mesiac pred zverejnenímslávny papier z roku 1935, Einstein, Rosen a ich kolega Boris Podolsky vykonali ďalšiu štúdiu. Potom urobili predpoveď, ktorá sa líšila od ich neskoršej práce o všeobecnej teórii relativity. Nepodporovala kvantovú teóriu, ale skôr zdiskreditovala jej „smiešne závery“.
Ak platia pravidlá kvantovej mechaniky, vlastnostidve častice musia byť neoddeliteľne spojené, zdôraznili vedci. Meranie jedného by okamžite ovplyvnilo druhého, aj keď ich delí obrovská vzdialenosť. Einstein sa tomuto procesu vysmieval a dnes je známy ako kvantové zapletenie. Vedec to nazval „strašidelné pôsobenie na diaľku“, čím naznačil jeho nereálnosť. Odvtedy ho však fyzici viackrát pozorovali a používali.
Hlavná chyba vedca
Aj keď Einstein urobil tieto dveprevratné predpovede, jeho nechuť k neistote a zvláštnosti kvantovej fyziky ho oslepili. V dôsledku toho neurobil zásadný objav: všeobecná relativita a kvantová fyzika môžu spolu súvisieť, rovnako ako jeho dva predpoklady. Oddelením všeobecnej teórie relativity od kvantovej teórie fyzici nepreskúmali dôležitú oblasť vedy, v ktorej sa gravitácia a kvantové efekty zrážajú. Výsledkom je, že stále nevieme, čo sa skrýva vo vnútri čiernych dier a nekonečne malého bodu, v ktorom bol vesmír sústredený v momente Veľkého tresku.
Holografický princíp
Keďže sa Einstein dostal do slepej uličky,Vedci sa pokúsili vytvoriť „teóriu všetkého“ - spojiť relativitu a kvantový svet. V tomto procese fyzici vytvorili mnoho veľmi neobvyklých teórií, jednou z nich je holografický princíp. Podľa nej je Vesmír trojrozmernou holografickou projekciou procesov, ktoré sa vyskytujú na vzdialenom dvojrozmernom povrchu.
Myšlienka vznikla v diele Stephena Hawkinga v 70. rokoch minulého storočiarokov. Potom sformuloval zjavný paradox: ak čierne diery skutočne vyžarujú Hawkingovo žiarenie (virtuálne častice, ktoré sa náhodne objavujú v blízkosti horizontu udalostí), nakoniec sa vyparia. To porušuje základné pravidlo kvantovej mechaniky, že informácie nemožno zničiť. Teraz sa GR a kvantová mechanika už nezdali byť nezlučiteľné; Napriek mnohým neuveriteľne presným predpovediam sa môžu úplne mýliť.
Na vyriešenie tohto problému, zástancovia teóriestruny, ktoré zosúladili kvantový svet a všeobecnú teóriu relativity, predpokladali, že informácie v čiernej diere sú spojené s dvojrozmerným povrchom jej horizontu udalostí (bod, za ktorý nemôže uniknúť ani svetlo kvôli supergravitácii). Fyzici verili, že informácie o zrútení hviezdy do čiernej diery boli vpletené do fluktuácií na povrchu tohto horizontu predtým, ako boli zakódované v Hawkingovom žiarení a odoslané predtým, ako sa čierna diera vyparila.
V deväťdesiatych rokoch teoretickí fyzici LeonardSusskind a Gerard Hoeft si uvedomili, že túto myšlienku treba rozvinúť (na počesť Susskinda bol zničený jeden z hrdinov sitcomu „Teória veľkého tresku“). Ak si všetky informácie o trojrozmernej hviezde predstavíte na dvojrozmernom horizonte udalostí, tak Vesmír (ktorý má aj svoj rozširujúci sa horizont) je tiež trojrozmernou projekciou dvojrozmernej informácie – hologramom.
Umelcova predstava informačného portálu. Foto: Needpix.com
Z tohto pohľadu dve nesúrodé teórie – navlastne jednotný celok. Gravitačné zakrivenie časopriestoru, ako všetko ostatné, čo vidíme, je holografická projekcia. Objavil sa ako výsledok najmenších interakcií kvantových častíc na nízkorozmernom povrchu vzdialeného horizontu.
Overenie nápadu
Na testovanie týchto myšlienok použili fyziciPočítač Google Sycamore 2. Naložili do nej základný model jednoduchého holografického vesmíru, ktorý na každom konci obsahoval dve kvantovo zapletené čierne diery. Po zakódovaní vstupnej správy do prvého qubitu vedci sledovali, ako sa mení na blábol (ako keby ho pohltila prvá diera). A potom vyletel nezašifrovaný a nepoškodený na druhom konci, ako keby ho „vypľula“ druhá čierna diera.
Čo bude ďalej?
Najúžasnejšia vec na experimente s červou dierounie je to, že správa prešla v tej či onej forme. Je dôležité, aby vyzerala úplne neporušená. V skutočnosti sa model správal ako fyzická červia diera: experiment ukázal, že by mohol byť poháňaný kvantovým zapletením.
Zároveň informácie prešli maličkýmmedzera Bola len niekoľkonásobne väčšia ako najkratšia mysliteľná vzdialenosť v prírode – Planckova dĺžka. V budúcnosti budú vedci vyvíjať zložitejšie experimenty a vykonávať ich s pokročilejším vybavením. Cieľom je posielať správy na veľké vzdialenosti.
Čo je spodnom riadku?
Analógy čiernej diery v kvantepočítače nie sú všetko pohlcujúce monštrá skrývajúce sa vo vesmíre. Vedci si nie sú istí, či modelovali čierne diery dostatočne presne a tieto zlomy kvantového počítača nazvali „emergentné“ čierne diery. Fyzici však poznamenali, že „vyzerajú ako kačice, chodia ako kačice a kvákajú ako kačice“. Vyzerá to tak, že sú to naozaj kačice.
Rozsiahly teoretický „skok“ zNie je potrebné namiesto informácie posielať cez červiu dieru niečo fyzické, napríklad subatomárnu časticu. Fyzici však zdôrazňujú, že vytvorenie skutočnej mini-čiernej diery by si vyžadovalo oveľa vyššiu hustotu qubitov. Je veľmi ťažké to urobiť experimentálne. Pred poslaním psa Laika do červej diery, ako to kedysi urobil do vesmíru, je ešte veľa práce.
Čítaj viac:
Vajíčko spadlo z vesmíru: pozrite sa, čo sa s ním stalo
Mozog požierajúca améba sa šíri v USA: existuje nebezpečenstvo pre Rusko
Pozrite sa, ako vyzerá žena Thora. Žila pred 800 rokmi
Na obálke: predstava umelca o červej diere