Forskare har skapat ett "bebis" maskhål med hjälp av Googles kvantdator Sycamore 2. I experimentet de
Ny forskning är det första stegettill forskning av kvantgravitation i laboratoriet. När forskare såg data fick de en "panikattack", det var så imponerande, skriver författarna till arbetet. Och här är varför.
Hur skapar man ett "kvantmaskhål"?
Maskhål eller maskhål är dethypotetiska tunnlar i rum-tid förbundna med svarta hål (BH) i båda ändar. Till sin natur ger deras enorma gravitation förutsättningar för att ett maskhål ska uppstå, men det som simuleras i det nya experimentet är något annorlunda. I huvudsak är detta en "leksak" modell baserad på kvantteleportation, som simulerar två svarta hål för att skicka information genom en portal.
Tyngdkraften och kvantvärlden betraktas historisktmotsatta, olika processer. Men, enligt forskare, är detta inte helt sant. Enligt den holografiska principen kan en teori om gravitation som inte fungerar kring svarta håls singulariteter förklaras av kvantlagar. Således förändrar det nya experimentet bland annat fysiken och kopplar samman den allmänna relativitetsteorin (GR) och kvantmekaniken.
Einsteins förutsägelser
Idén med maskhål föreslogs först av AlbertEinstein och hans kollega Nathan Rosen 1935. Sedan föreslog de att, inom ramen för den allmänna relativitetsteorien, kan svarta hål kopplas samman med broar som fungerar som en "portal". Denna teori är ett försök att erbjuda en alternativ förklaring till singularitetspunkter i rymden - kärnorna i svarta hål. Där kommer massan oändligt att koncentreras vid en punkt, vilket skapar ett så kraftfullt gravitationsfält att rum-tiden förvrängs till oändligheten, vilket förstör Einsteins ekvationer. Men om detta "beteende" hos svarta hål leder till bildandet av maskhål, så är den allmänna relativiteten korrekt, resonerade forskare.
Ett maskhål som förvränger rum-tid. Källa: Needpix.com
Samtidigt en månad före publiceringberömda tidningen 1935, Einstein, Rosen och deras kollega Boris Podolsky genomförde en annan studie. Sedan gjorde de en förutsägelse som skilde sig från deras senare arbete om allmän relativitet. Den stödde inte kvantteorin, utan misskrediterade snarare dess "löjliga slutsatser."
Om kvantmekanikens regler är sanna, egenskapernatvå partiklar måste vara oupplösligt förbundna, betonade forskare. Att mäta den ena skulle omedelbart påverka den andra, även om de är åtskilda av ett stort avstånd. Einstein förlöjligade denna process, och idag är den känd som kvantintrassling. Forskaren kallade det "spöklik handling på avstånd" och antydde att det var overkligt. Men sedan dess har det observerats och använts mer än en gång av fysiker.
En vetenskapsmans största misstag
Även om Einstein gjorde dessa tvåbanbrytande förutsägelser, hans avsmak för kvantfysikens osäkerhet och konstigheter förblindade honom. Som ett resultat gjorde han ingen viktig upptäckt: allmän relativitet och kvantfysik kan vara relaterade, liksom hans två antaganden. Genom att skilja allmän relativitet från kvantteorin har fysiker inte utforskat ett viktigt vetenskapsområde där gravitation och kvanteffekter kolliderar. Som ett resultat vet vi fortfarande inte vad som är gömt inuti svarta hål och den oändliga punkten där universum var koncentrerat vid ögonblicket av Big Bang.
Holografisk princip
Sedan Einstein nådde en återvändsgränd,Forskare försökte skapa en "teori om allt" - att kombinera relativitet och kvantvärlden. I processen skapade fysiker många mycket ovanliga teorier, en av dem är den holografiska principen. Enligt den är universum en tredimensionell holografisk projektion av processer som sker på en avlägsen tvådimensionell yta.
Idén har sitt ursprung i Stephen Hawkings arbete på 1970-taletår. Han formulerade sedan en uppenbar paradox: om svarta hål faktiskt avger Hawking-strålning (virtuella partiklar som dyker upp slumpmässigt nära händelsehorisonten), kommer de så småningom att förångas. Detta bryter mot kvantmekanikens grundläggande regel att information inte kan förstöras. Nu verkade GR och kvantmekaniken inte längre bara oförenliga; Trots många otroligt exakta förutsägelser kan de vara helt fel.
För att lösa detta problem, förespråkare av teorinsträngar, som förenade kvantvärlden och allmän relativitet, postulerade att informationen i ett svart hål är kopplad till den tvådimensionella ytan av dess händelsehorisont (den punkt bortom vilken inte ens ljus kan fly på grund av supergravitation). Fysiker trodde att information om en stjärna som kollapsade i ett svart hål vävdes in i fluktuationer på ytan av den horisonten innan den kodades i Hawking-strålning och skickades innan det svarta hålet förångades.
På 1990-talet, teoretiska fysiker LeonardSusskind och Gerard Hoeft insåg att denna idé behövde utvecklas (för att hedra Susskind, förstördes en av hjältarna i sitcom "The Big Bang Theory"). Om du föreställer dig all information om en tredimensionell stjärna på en tvådimensionell händelsehorisont, så är universum (som också har sin egen expanderande horisont) också en tredimensionell projektion av tvådimensionell information - ett hologram.
En konstnärs idé om en informationsportal. Foto: Needpix.com
Ur denna synvinkel två olika teorier - påi själva verket en enhetlig helhet. Tyngdkraftskrökningen av rum-tiden, liksom allt annat vi ser, är en holografisk projektion. Det dök upp som ett resultat av de minsta interaktionerna av kvantpartiklar på den lågdimensionella ytan av en avlägsen horisont.
Idévalidering
För att testa dessa idéer använde fysikerGoogle-dator Sycamore 2. De laddade den med en grundläggande modell av ett enkelt holografiskt universum som innehöll två kvanttrasslade svarta hål i varje ände. Efter att ha kodat ingångsmeddelandet till den första qubiten, såg forskarna hur det förvandlades till skratt (som om det hade svalts av det första hålet). Och sedan flög den ut okrypterad och oskadad i andra änden, som om den hade "spottats ut" av det andra svarta hålet.
Vad är nästa?
Det mest fantastiska med maskhålsexperimentetär inte att meddelandet har passerat i en eller annan form. Det är viktigt att den verkade helt intakt. Faktum är att modellen betedde sig som ett fysiskt maskhål: experimentet visade att den kunde drivas av kvantintrassling.
Samtidigt passerade informationen genom en pyttelitenglipa Det var bara några få gånger större än det kortaste tänkbara avståndet i naturen – Plancklängden. I framtiden kommer forskare att utveckla mer komplexa experiment och utföra dem med mer avancerad utrustning. Målet är att skicka meddelanden över långa avstånd.
Vad är slutresultatet?
Analoger av ett svart hål i kvantumetdatorer är inte alltförbrukande monster som gömmer sig i rymden. Forskare är inte säkra på om de har modellerat svarta hål tillräckligt noggrant, och de har kallat dessa kvantdatorfrakturer "uppkommande" svarta hål. Men fysiker noterade att de "ser ut som ankor, går som ankor och kvacksalvare som ankor." Det ser ut som att de verkligen är ankor.
Ett storskaligt teoretiskt "språng" frånDet är inte nödvändigt att skicka något fysiskt, såsom en subatomär partikel, genom ett maskhål istället för information. Men fysiker betonar att skapa ett riktigt mini-svart hål skulle kräva en mycket högre densitet av qubits. Det är väldigt svårt att göra detta experimentellt. Det återstår fortfarande mycket arbete innan hunden Laika skickas in i ett maskhål, som han en gång gjorde ut i rymden.
Läs mer:
Ägget tappades från rymden: se vad som hände med det
Hjärnätande amöba sprider sig i USA: finns det en fara för Ryssland
Se hur en kvinna Thora ser ut. Hon levde för 800 år sedan
På omslaget: en konstnärs idé om ett maskhål