DENVER - Tutkijat ovat kehittäneet uuden, sanoin sanoin vaarallisen ja uskomattoman hitaan tavan ylittää maailmankaikkeus. Siihen kuuluu madonreikiä, jotka yhdistävät erityisiä mustia aukkoja, joita ei todennäköisesti ole. Ja se saattaa selittää, mitä oikein tapahtuu, kun fyysikot kvantti-teleportoi tietoa yhdestä pisteestä toiseen - teleportoidun tiedon vähän näkökulmasta.
Harvardin yliopiston fyysikko Daniel Jafferis kuvasi ehdotettua menetelmää 13. huhtikuuta pidetyssä keskustelussa täällä American Physical Society -kokouksessa. Tämä menetelmä, hän kertoi kokoontuneille kollegoilleen, sisältää kaksi mustaa reikää, jotka ovat takertuneet siten, että ne ovat yhteydessä toisiinsa avaruuden ja ajan.
Mikä on madonreikä?
Heidän ideansa ratkaisee pitkäaikaisen ongelman: Kun jokin menee madonreikään, se vaatii negatiivista energiaa poistuakseen toiselta puolelta. (Normaaleissa olosuhteissa avaruus-ajan muoto madonreiän ulostulossa tekee mahdottomaksi kulkea läpi. Mutta aine, jolla on negatiivinen energia, voisi teoriassa ylittää tämän esteen.) Mutta ei mitään painovoiman ja avaruus-ajan fysiikassa - matoreikiä kuvaava fysiikka - sallii sellaisia negatiivisen energian pulsseja. Joten madonreikiä on mahdoton todella kulkea läpi.
"Se on vain yhteys avaruudessa, mutta jos yrität saada sen läpi, se romahtaa liian nopeasti, joten et pääse läpi", Jafferis kertoi Live Science -puhelunsa jälkeen.
Tämä vanhempi madonreiän malli juontaa juurensa Albert Einsteinin ja Nathan Rosenin julkaisusta, joka julkaistiin Physical Review -sivustolla vuonna 1935. Kaksi fyysikkoa ymmärsi, että tietyissä olosuhteissa suhteellisuustehtävä sanelee, että avaruus-aika kaareutuu niin äärimmäisen, että eräänlainen tunneli (tai "silta") muodostaisi kahden erillisen pisteen yhdistämisen.
Fyysikot kirjoittivat paperin osittain sulkeakseen pois mustien reikien mahdollisuuden maailmankaikkeudessa. Mutta vuosikymmeninä siitä lähtien, kun fyysikot huomasivat mustien reikien olevan olemassa, madonreiän vakiokuvasta tuli tunneli, jossa kaksi aukkoa näkyvät mustina reikinä. Tämän idean mukaan esimerkiksi tunnelia ei todennäköisesti koskaan ole luonnollisesti maailmankaikkeudessa, ja jos se olisi olemassa, se katoaisi ennen kuin mitään menisi sen läpi. Fyysikko Kip Thorne kirjoitti 1980-luvulla, että jokin voisi päästä tämän madonreiän läpi, jos jotain negatiivista energiaa käytettäisiin pitämään madonreikä auki.
Kvanttien takertuminen
Jafferis yhdessä Harvardin fyysikon Ping Gaon ja Stanfordin fyysikon Aron Wallin kanssa ovat kehittäneet tavan soveltaa negatiivisen energian versiota, joka perustuu aivan erilaiselta fysiikan alueelta, jota kutsutaan takertuksi.
Pysyvyys tulee kvanttimekaniikasta, ei suhteellisuudesta. Vuonna 1935 Albert Einstein, Boris Podolsky ja Nathan Rosen julkaisivat Physical Review -sivustolla toisen julkaisun, joka osoitti, että kvantimekaniikan sääntöjen mukaan hiukkaset voivat "korreloida" keskenään siten, että yhden hiukkasen käyttäytyminen vaikuttaa suoraan toisen käyttäytymiseen.
Einsteinin, Podolskyn ja Rosenin mielestä tämä osoitti, että heidän kvantimekaniikan ajatuksissa oli jotain vikaa, koska se sallii tiedon liikkua nopeammin kuin valon nopeus kahden hiukkasen välillä. Nyt fyysikot tietävät, että takertuminen on todellinen, ja kvantti teleportaatio on melkein rutiininomainen osa fysiikan tutkimusta.
Näin kvantti teleportaatio toimii: Sijoita kaksi kevyttä hiukkasta, A ja B. Anna sitten B ystävällesi toiseen huoneeseen. Seuraavaksi bashota kolmas fotoni C fotonia A vastaan. Se takertuu A: n ja C: n kanssa ja katkaisee A: n ja B: n välisen takertumisen. Voit sitten mitata A: n ja C: n yhdistetyn tilan - joka on erilainen kuin A: n alkuperäiset tilat, B tai C - ja ilmoita yhdistettyjen hiukkasten tulokset ystävällesi seuraavassa huoneessa.
Tietämättäsi B: n tilaa, ystäväsi voi sitten käyttää tätä rajoitettua tietoa manipuloidakseen B tuottaaksesi tilan partikkelin C, joka oli prosessin alussa. Jos hän mittaa B: tä, hän oppii C: n alkuperäisen tilan, eikä kukaan kerro hänelle. Tietoja hiukkasesta C, joka toimitetaan toiminnallisesti huoneesta toiseen.
Tämä on hyödyllistä, koska se voi toimia eräänlaisena murtumattomana koodina viestien lähettämiseksi pisteestä toiseen.
Ja takertuminen ei ole vain yksittäisten hiukkasten ominaisuus. Suuremmat esineet voivat myös takertua, vaikka niiden välinen täydellinen takertuvuus onkin paljon vaikeampaa.
Takertuneet mustat aukot voivat kuljettaa sinut
Vuonna 1935 näitä kirjoituksia kirjoittavilla fyysikoilla ei ollut uskoa, että madonreikät ja takertuvat olisivat yhteydessä toisiinsa, Jafferis sanoi. Mutta fyysikot Juan Maldacena ja Leonard Susskind julkaisivat vuonna 2013 Progress in Physics -lehdessä paperin, joka yhdistää nämä kaksi ideaa. Kaksi täysin takertuvaa mustaa reikää, he väittivät, toimisivat madonreikänä kahden avaruuspisteensä välillä. He kutsuivat ideaa "ER = EPR", koska se yhdisti Einstein-Rosen-paperin Einstein-Podolsky-Rosen -paperin kanssa.
Jafferis kysyi, onko maailmankaikkeudessa todella olemassa kaksi täysin takertuvaa mustaa reikää. "Ei, ei, ei todellakaan."
Tilanne ei ole fyysisesti mahdotonta. Se on aivan liian tarkka ja valtava sotkuisen maailmankaikkeuden tuottamiseksi. Kahden täysin takertuneen mustan aukon tuottaminen olisi kuin arpajaisten voittaminen, vain zillions kun zillions kertaa kevyempi.
Ja jos heitä olisi olemassa, hän sanoi, he menettäisivät täydellisen korrelaationsa heti, kun jokin kolmas kohde oli vuorovaikutuksessa jonkun kanssa.
Mutta jos jotenkin sellainen pari olisi olemassa, jotenkin, jossain, Jafferis, Gao ja Wall -menetelmä saattavat toimia.
Heidän lähestymistapansa, joka julkaistiin ensimmäisen kerran The Journal of High Energy Physics -yrityksessä joulukuussa 2017, menee seuraavasti: heitä ystäväsi johonkin takertuviin mustiin reikiin. Mittaa sitten mustasta aukosta tuleva ns. Hawking-säteily, joka koodaa joitain tietoja kyseisen mustan aukon tilasta. Vie sitten tiedot toiseen mustaan reikään ja käytä niitä toisen mustan aukon käsittelemiseen. (Tämä voi olla niin yksinkertaista, että tyhjennetään joukko Hawkingin säteilyä ensimmäisestä mustasta reiästä toiseen.) Teorian mukaan ystäväsi pitäisi hypätä ulos toisesta mustasta aukosta tarkalleen, kun hän tuli ensimmäiseen.
Hänen mielestään Jafferis sanoi, että hän olisi sukellut matoaukkoon. Ja kun hän lähestyi singulaarisuutta sen kaulassa, hän olisi kokenut negatiivisen energian "pulssin", joka olisi työntänyt hänet toiselle puolelle.
Menetelmä ei ole erityisen hyödyllinen, Jafferis sanoi, koska se olisi aina hitaampaa kuin vain fyysisesti siirtämällä etäisyyttä kahden mustan aukon välillä. Mutta se ehdottaa jotain maailmankaikkeudesta.
Jafferis sanoi, että jonkin verran tietoa saattaa kulkeutua takertuneiden hiukkasten välillä, kuten tapahtuu. Hänen mukaansa yksittäisten kvanttiobjektien mittakaavassa ei ole todellakaan järkevää puhua avaruus-ajan kaarevuudesta madonreiän tuottamiseksi. Mutta lisää muutama hiukkaset seokseen hiukan monimutkaisemmalle bittille kvantiteleportaatiolle, ja yhtäkkiä madonreiän mallissa on paljon järkeä. Hän sanoi, että täällä on vahvaa näyttöä siitä, että nämä kaksi ilmiötä ovat yhteydessä toisiinsa.
Hän totesi myös voimakkaasti, että mustalle aukolle menetetyt tiedot saattavat mennä jonnekin, josta ne voisivat yhtenä päivänä noutaa.
Jos putoat huomenna mustaan aukkoon, hän sanoi, kaikki toivo ei ole kadonnut. Riittävästi edistynyt sivilisaatio saattaa pystyä zoomaamaan maailmankaikkeuden ympäri, keräämään kaikki mustasta reiästä emittoidut Hawking-säteilyn, kun se höyrystyy hitaasti eoneiden yli, ja puristamalla tämä säteily uuteen mustaan reikään, joka on takertunut alkuperäiseen ajan myötä. Kun uusi musta aukko on syntynyt, saattaa olla mahdollista hakea sinut siitä.
Jafferis kertoi, että tätä mustien reikien välillä liikkumista koskevaa teoreettista tutkimusta jatketaan. Mutta tavoitteena on enemmän ymmärtää perustavanlaatuista fysiikkaa kuin suorittaa musta aukko -pelastuksia. Joten, ehkä on parasta olla ottamatta riskiä.
