Вчені створили "дитячу" червоточину за допомогою квантового комп'ютера Google Sycamore 2.
Нове дослідження є першим кроком до вивчення квантової гравітації в лабораторії.Коли вчені побачили дані, у них сталася "панічна атака", настільки вона вражаєІ ось чому.
Як створити «квантову червоточину»?
Червоточини, або червоточини, — це гіпотетичні тунелі в просторі-часі, з'єднані чорними дірами (чорними дірами ) на обох кінцях.У природі їх величезна гравітація створює умови для появи червоточини, але та, що змодельована в новому експерименті, дещо відрізняється.По суті, це «іграшкова» модель, заснована на квантовій телепортації, яка імітує дві чорні діри для надсилання інформації через портал.
Гравітація та квантовий світ історично вважаютьсяпротилежними, різними процесами. Але, на думку дослідників, це зовсім так. Згідно з голографічним принципом, теорію гравітації, яка не працює навколо сингулярностей чорних дірок, можна пояснити квантовими законами. Таким чином, новий експеримент, крім іншого, змінює фізику, пов'язуючи загальну теорію відносності (ОТО) і квантову механіку.
Пророцтва Ейнштейна
Ідею червоточин вперше запропонували АльбертЕйнштейн і його колега Натан Розен в 1935 році. Тоді вони припустили, що в рамках ОТО чорні дірки можуть з'єднуватися мостами, які працюють як «портал». Ця теорія - спроба запропонувати альтернативне пояснення точкам сингулярності в просторі - ядрах чорних дір. Там маса нескінченно сконцентрується в одній точці, створюючи настільки потужне гравітаційне поле, що простір-час спотворюється до нескінченності, руйнуючи рівняння Ейнштейна. Однак, якщо ця «поведінка» ЧД призводить до утворення кротових нір, то ВІДТО вірна, міркували вчені.
Червоточина, яка спотворює простір-час. Джерело: Needpix.com
При цьому, за місяць до публікаціїзнаменитої статті 1935 року Ейнштейн, Розен та їх колега Борис Подільський провели інше дослідження. Тоді вони зробили передбачили, яке відрізнялося від пізнішої роботи з ВТО. Воно не підтримувало квантову теорію, а дискредитувало її «безглузді висновки».
Будь правила квантової механіки вірні, властивостідвох частинок мають бути нерозривно пов'язані, наголошували вчені. Вимірювання однієї миттєво вплинуло на іншу, навіть якщо вони розділені величезною відстанню. Ейнштейн висміював цей процес, а сьогодні він відомий як квантова заплутаність. Вчений називав його «примарною дією на відстані», натякаючи на його нереальність. Однак з того часу його спостерігали і не раз використовували фізики.
Головна помилка вченого
Незважаючи на те, що Ейнштейн зробив ці двановаторські пророцтва, його неприязнь до квантової фізики невизначеності і дивності засліпила його. У результаті він не зробив життєво важливе відкриття: ОТО і квантова фізика можуть бути пов'язані, як і два його припущення. Розділивши загальну теорію відносності і квантову теорію, фізики не вивчили важливу галузь науки, в якій стикаються гравітація і квантові ефекти. У результаті, ми так і не знаємо, що ховається всередині чорних дірок і нескінченно малій точці, в якій зосередився Всесвіт в момент Великого вибуху.
Голографічний принцип
З того часу як Ейнштейн зайшов в тупик,вчені намагалися створити «теорію всього» - об'єднати відносність і квантовий світ. В процесі фізики створили багато дуже незвичайних теорій, одна з них - голографічний принцип. Згідно з ним, Всесвіт є тривимірною голографічною проекцією процесів, які відбуваються на віддаленій двовимірній поверхні.
Ідея зародилася у роботі Стівена Хокінга 1970-хроків. Тоді він сформулював очевидний парадокс: якщо чорні діри дійсно випромінюють випромінювання Хокінга (віртуальні частинки, що випадково виникають поблизу горизонту подій), вони, зрештою, випаровуються. Це порушує основне правило квантової механіки, що інформацію не можна знищити. Тепер ВТО і квантова механіка вже не просто здавалися непримиренними; незважаючи на безліч неймовірно точних передбачень, вони могли бути в корені невірними.
Щоб вирішити цю проблему, прихильники теоріїструн, які примиряли квантовий світ і ОТО, постулювали: інформація в чорній дірі пов'язана з двомірною поверхнею її горизонту подій (точки, за межі якої не може вийти навіть світло через надгравітації). Фізики вважали, що інформація про зірку, що сколапсувала в чорну діру, вплетена в флуктуації на поверхні цього горизонту, перш ніж була закодована в випромінюванні Хокінга і відправлена до відправлення.
У 1990-х роках фізики-теоретики ЛеонардСаскінд і Джерард Хофт зрозуміли, що цю ідею треба розвинути (на честь Саскінда розвали одного з героїв ситкому «Теорія Великого вибуху»). Якщо уявити всю інформацію про тривимірну зірку на двовимірному горизонті подій, то Всесвіт (у якого теж є власний горизонт, що розширюється), теж є тривимірною проекцією двовимірної інформації — голограмою.
Подання художника про інформаційний портал. Фото: Needpix.com
З цієї точки зору, дві розрізнені теорії — нанасправді, єдине ціле. Гравітаційне викривлення простору-часу, як і решта, що ми бачимо, — голографічна проекція. Вона виникла внаслідок найдрібніших взаємодій квантових частинок на низькомірній поверхні віддаленого горизонту.
Перевірка ідеї
Щоб перевірити ці ідеї, фізики використаликомп'ютер Google Sycamore 2. Вони завантажили в нього базову модель простого голографічного всесвіту, яка містила дві квантово заплутані чорні діри на кожному кінці. Після кодування вхідного повідомлення в перший кубіт вчені спостерігали, як воно перетворилося на тарабарщину (ніби його проковтнула перша діра). А потім, воно вилетіло в нешифрованому і неушкодженому вигляді на іншому кінці, як якщо б його «виплюнула» друга ЧД.
Що далі?
Найдивовижніше в експерименті з червоточиноюполягає не в тому, що повідомлення пройшло в тій чи іншій формі. Важливо, що воно з'явилося абсолютно неушкодженим. Фактично модель поводилася як фізична червоточина: експеримент показав, що вона може харчуватися за рахунок квантової заплутаності.
При цьому інформація пройшла через крихітнийрозрив. Він лише у кілька разів перевищував найкоротшу відстань у природі — планківську довжину. У майбутньому вчені розроблять складніші експерименти та виконають їх на більш досконалому устаткуванні. Ціль — надсилати повідомлення на великі відстані.
Що в підсумку?
Аналоги чорної діри в квантовомукомп'ютері - це не всепоглинаючі монстри, що ховаються в космосі. Вчені не впевнені, чи вдалося їм змоделювати ЧД досить точно і вони назвали ці квантові комп'ютерні розломи «емерджентними» чорними дірками. Однак фізики зазначили, що вони «виглядають як качки, ходять як качки, і крякають як качки». Схоже, це справді «качки».
Масштабного теоретичного «стрибка» від того,щоб відправляти через червоточину замість інформації щось фізичне, наприклад, субатомну частинку, не потрібно. Однак фізики наголошують, що для створення справжньої міні-чорної діри знадобиться набагато більша щільність кубітів. Експериментально це дуже складно. Має бути ще багато роботи, перед тим, як відправити собаку Лайку в кротову нору, як одного разу в космос.
Читати далі:
Яйце скинули з космосу: подивіться, що сталося з ним.
Амеба, що поїдає мозок, поширюється в США: чи є небезпека для Росії
Подивіться, як виглядає жінка Тора. Вона жила 800 років тому
На обкладинці: уявлення художника про кротову нору