Denver - Tutkijat ovat kehittäneet uuden, sanoin sanomatta vaarallisen ja uskomattoman hitaan tapaa matkustaa maailmankaikkeudessa. Se sisältää madonreikiä, jotka yhdistävät erityisiä mustia aukkoja, joita ei todennäköisesti ole. Ja hän osaa selittää, mitä todella tapahtuu, kun fyysikot kvantti teleportoi tietoa yhdestä pisteestä toiseen, teleportoidun tiedon bittinä.
Harvardin fyysikko Daniel Jafferis puhui ehdotetusta menetelmästä 13. huhtikuuta pitämässään puheessa American Physical Society -kokouksessa. Tämä menetelmä, hän kertoi kokoontuneille kollegoilleen, sisältää kaksi mustaa reikää, jotka ovat takertuneet siten, että ne takertuvat tilaan ja aikaan.
Mikä on madonreikä?
Heidän ajatuksensa ratkaisee pitkäaikaisen ongelman: kun jotain tulee madonreikään, negatiivista energiaa vaaditaan poistumaan toiselta puolelta (normaaleissa olosuhteissa madonreiästä poistumalla olevan tila-ajan muodon avulla on mahdotonta kulkea sen läpi). Aine, jolla on negatiivinen energiatiheys, voi teoriassa voittaa tämän esteen. Mutta painovoiman ja avaruus-ajan fysiikassa (matoreikiä kuvaava fysiikka) tällaisten negatiivisen energian impulssien mahdollisuutta ei ole. Siksi matoreikien läpi on mahdotonta päästä läpi.
"Matoaukko on vain tunneli avaruudessa, mutta jos yrität kulkea sen läpi, se romahtaa liian nopeasti, joten et pääse siitä läpi", Jeffries kertoi Live Science -puhelunsa jälkeen.
Tätä vanhaa madonreiän mallia kuvaavat Albert Einstein ja Nathan Rosen vuonna 1935 julkaisussa Physical Review. Molemmat fyysikot ymmärsivät, että suhteellisuusteorian mukaan tietyissä olosuhteissa avaruus-aika-jatkuma taipuu niin paljon, että muodostuu sellainen tunneli (tai "silta"), joka yhdistää kaksi erillistä pistettä.
He kirjoittivat tämän artikkelin osittain sulkeakseen pois mustien reikien mahdollisuuden maailmankaikkeudessa. Mutta seuraavina vuosikymmeninä, kun fyysikot ymmärsivät mustien reikien olemassaolon, madonreiän vakiokuva muodostui tunnelista, jossa kaksi reikää näyttävät mustilta reikiltä. Tämän idean mukaan tällaista tunnelia ei todennäköisesti koskaan olisi yksinään maailmankaikkeudessa, ja jos se tosiasiallisesti olisi olemassa, se katoaisi ennen kuin mitään menisi sen läpi. Fyysikko Kip Thorne kirjoitti 1980-luvulla, että jotain voi päästä tämän madonreiän läpi, jos jotain negatiivista energiaa käytetään estämään sen romahtaminen.
Mainosvideo:
Kvanttien takertuminen
Jefferis teki yhteistyön Harvardin fyysikon Ping Gaon ja Stanfordin fyysikon Aron Wallin kanssa suunnitellaan tapa soveltaa negatiivisen energian versiota, joka perustuu täysin erilaisen fysiikan kentän ideaan, jota kutsutaan "takertumiseksi".
Käsitettä "takertuminen" ei lainata suhteellisuusteoriasta, vaan kvantimekaniikasta. Vuonna 1935 Albert Einstein, Boris Podolsky ja Nathan Rosen julkaisivat uuden artikkelin Physical Review -julkaisussa, joka osoitti, että kvanttimekaniikan sääntöjen mukaan hiukkaset voivat "korreloida" keskenään, joten yhden hiukkasen käyttäytyminen vaikuttaa suoraan toisen käyttäytymiseen …
Einstein, Podolsky ja Rosen uskoivat, että tämä osoittautuu väärin heidän kvantimekaniikan ymmärtämisessä, koska se antaa tiedon liikkua kahden hiukkasen välillä valon nopeutta nopeammin. Fyysikot tietävät nyt, että takertuminen on todellinen ja että kvanttiteleportaatio on melkein rutiininomainen osa fysiikan tutkimusta.
Kvanttiteleportaatio toimii näin: sitoa kaksi kevyttä hiukkasta, A ja B. Anna B sitten ystävällesi toiseen huoneeseen. Sitten lyö kolmas fotoni, C, fotoniin A. Tämä takertuu A: n ja C: n kanssa ja katkaisee A: n ja B: n välisen takertumisen. Sitten voit mitata A: n ja C: n (joka eroaa alkuperäisistä tiloista A, B tai C) yhdistelmätilasta ja ilmoittaa yhdistettyjen hiukkasten tulokset. ystävällesi seuraavassa huoneessa.
Tietämättäsi tilaa B, ystäväsi voi sitten käyttää tätä rajoitettua tietoa hiukkasen B manipulointiin saadakseen tilan, joka hiukkasella C oli sen alkaessa. Jos hän mittaa B: tä, hän tietää C: n perustilan ilman apua. Hiukkasten C tiedot teleportoivat toiminnallisesti huoneesta toiseen.
Se on tehokas, koska se voi toimia eräänlaisena koodina lähettää viestejä 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 muihin maailmoihin
Vuonna 1935 näitä artikkeleita kirjoittaneilla fyysikoilla ei ollut aavistustakaan, että madonreiät ja takertuminen liittyvät toisiinsa, Jeffries sanoi. Mutta fyysikot Juan Maldacena ja Leonard Susskind julkaisivat vuonna 2013 fysiikan kehityksessä artikkelin, joka yhdisti nämä kaksi ideaa. He väittivät, että kaksi täysin takertuvaa mustaa reikää toimisi madonreikänä kahden avaruuspisteensä välillä. He kutsuivat tätä käsitettä "ER-EPR" ("ER = EPR"), koska se yhdisti Einstein-Rosen-artikkelin Einstein-Podolsky-Rosen -artikkeliin.
Kysyttäessä, onko maailmankaikkeudessa todella kaksi täysin takertuvaa mustaa reikää, Jeffries vastasi: "Ei, tietysti ei."
Ei ole niin, että se olisi fyysisesti mahdotonta. Tätä tilannetta ei voi syntyä häiriöttömässä universumissamme, koska se on liian yksiselitteinen ja laajamittainen. Kahden täysin takertuneen mustan aukon esiintyminen olisi kuin arpajaisten voitto, vain tämän todennäköisyys olisi miljardeja miljardeja kertoja vähemmän. Ja jos heitä olisi olemassa, hän sanoi, he olisivat menettäneet täydellisen suhteensa sillä hetkellä, kun joku kolmas esine olisi vuorovaikutuksessa jonkun kanssa.
Mutta jos jotenkin tällainen musta aukko oli olemassa (jotenkin ja jossain), niin Jaffreyn, Gaon ja Wallin menetelmä voisi toimia.
Heidän konseptinsa, joka julkaistiin ensimmäisen kerran joulukuussa 2017 The Journal of High Energy Physics -lehdessä, on seuraava: Heitä ystäväsi johonkin sekaisiin mustiin reikiin. Mittaa sitten ns. Hawkingin säteily, joka on peräisin mustasta aukosta, joka koodaa joitain tietoja kyseisen mustan aukon tilasta. Siirrä sitten nämä tiedot toiseen mustaan reikään ja käytä sitä toisen mustan aukon ohjaamiseen (se voi olla niin yksinkertaista kuin Hawkingin säteilykeilan ohjaaminen ensimmäisestä mustasta reiästä toiseen). Teoriassa ystäväsi pitäisi ilmestyä toisesta mustasta aukosta aivan kuten hän tuli ensimmäiseen.
Jefferysin mukaan ystäväsi olisi sukellut madonreikään. Ja kun hän lähestyi singulaarisuutta sen kapeassa osassa, hän tunsi negatiivisen energian "työntö", joka työntäisi häntä toiselta puolelta.
Tämä menetelmä ei ole erityisen tehokas, Jafferis sanoi, koska se olisi aina hitaampaa kuin pelkästään fyysisesti siirtämällä etäisyyttä kahden mustan aukon välillä. Mutta se antaa meille silti ymmärtää maailmankaikkeuden.
Jafferis kertoi, että takertuneiden hiukkasten välillä kulkevasta tiedosta voi tapahtua jotain vastaavaa. Hänen mukaansa yksittäisten kvanttiobjektien mittakaavassa ei ole mitään syytä puhua avaruus-ajan kaarevuudesta muodostaen madonreiän. Lisää hiukan monimutkaisempaan kvanttiteleportaatioon lisää vielä muutama hiukkanen ja madonreiän malli on yhtäkkiä järkevä. Hän sanoi, että tässä tapauksessa on vahvaa näyttöä siitä, että nämä kaksi toisiinsa liittyvät.
Lisäksi hän sanoi, että se ehdottaa, että mustasta aukosta puuttuvat tiedot saattavat joskus päästä sinne, missä ne löytyvät.
Hänen mukaansa, jos joudut huomenna mustaan aukkoon, tilanne ei ole toivoton. Riittävästi edistynyt sivilisaatio pystyisi navigoimaan maailmankaikkeudessa keräämällä kaiken mustan aukon lähettämän Hawkingin säteilyn, kun se vähitellen häviää ikuisuuteen, ja puristamalla tämän säteilyn uuteen mustaan reikään, joka on takertunut ajoissa alkuperäisen aukon kanssa. Kun tämä uusi musta aukko ilmestyy, voi olla mahdollista päästä sinut siitä pois.
Jefferisin mukaan teoreettisia tutkimuksia tästä liikkumisesta mustien reikien välillä on meneillään. Mutta tämän tutkimuksen tavoitteena ei ole niinkään mustien aukkojen päästä eroon kuin perustavanlaatuisen fysiikan ymmärtäminen. Joten on luultavasti parasta olla ottamatta sitä riskiä.
Rafi Letzter