Nem, a fizikusok nem csináltak igazi féreglyukat. Még mindig nagyszerű volt, amit csináltak

A féreglyukak klasszikus sci-fi trópusok a népszerű médiában, már csak azért is, mert olyan praktikus futurisztikus visszajelző eszközt kínálnak, amellyel elkerülhető a relativitáselmélet megsértése a fénynél gyorsabb utazással. Valójában ez pusztán elméleti. A fekete lyukakkal ellentétben – amelyeket szintén pusztán elméletinek tartottak – nem találtak bizonyítékot valódi féreglyukra, bár az absztrakt elméleti fizika szempontjából lenyűgöző. Lehet, hogy megbocsátják, ha azt gondolja, hogy a felfedezetlen állapot megváltozott, ha csak az e heti szalagcímeket olvassa el, amelyek bejelentik, hogy a fizikusok használat Egy kvantumszámítógép féreglyuk létrehozásához, amely beszámol A új levél Megjelent a Nature-ben.

Tegyük tisztába a rekordot: ez nem egy jóhiszemű féreglyuk, amelyen át lehet haladni – mondjuk egy híd a téridő két régiója között, amely összeköti az egyik fekete lyuk száját a másikkal, amelyen keresztül egy fizikai objektum áthaladhat – bármilyen valóságban. fizikai érzék. „Különbség van aközött, hogy valami elvileg lehetséges, és aközött, hogy lehetséges a gyakorlatban” – mondta Joseph Leiken, a Fermilab társszerzője egy e heti tájékoztatón. – Szóval ne tartsa vissza a lélegzetét, ha átküldi a kutyáját egy féreglyukon. De még mindig nagyon okos. nagyszerű tapasztalat Önmagában izgalmas elvi bizonyítékot nyújt a kvantumskálán végzett fizikai kísérletek olyan fajtáihoz, amelyek a kvantumszámítógépek továbbfejlődésével lehetségesek lehetnek.

Matt Strassler fizikus: „Nem az igazi; még csak közel sem az igazihoz; aligha szimulációja valaminek, ami nem áll közel a valósághoz” írta a blogján. Ez a módszer egy napon valódi féreglyuk szimulációhoz vezethet? Talán a távoli jövőben. Elvezethet egy igazi féreglyukhoz? Soha.

Szóval mi volt ez a dolog „létrehozott” Kvantumszámítógépben, ha nem valódi féreglyukról van szó? analóg? játék modell? Maria Spiropolo, a Caltech társszerzője megjegyezte, hogy ez egy regény.Féreglyuk Teleportációs ProtokollAz eligazítás során. Nevezhetnénk szimulációnak, de ahogy Strassler írja, ez nem egészen helyes. A fizikusok féreglyukakat szimuláltak klasszikus számítógépeken, de ezekben a szimulációkban nem jön létre fizikai rendszer. Ezért a szerzők előnyben részesítik a „kvantumkísérlet” kifejezést. mert ők tudták használni A Google Sycamore kvantumszámítógépe egy rendkívül bonyolult kvantumrendszer létrehozásához és konkrét kulcstulajdonságok közvetlen méréséhez. Ezek a tulajdonságok összhangban vannak a bejárható féreglyuk dinamikájának elméleti leírásával – de csak a téridő egy különösen leegyszerűsített elméleti modelljében.

Összehasonlít leírta a The New York Timesnak, mint „az elképzelhető legkisebb féreglyuknak”. Még akkor is pontosabb lenne egy „féreglyuk-szerű tulajdonságokkal rendelkező atomcsoport”. Ami ezt az áttörést érdekessé és potenciálisan fontossá teszi, az az, hogy a kísérlet milyen hasznot húz az elméleti fizika legbefolyásosabb és legizgalmasabb legújabb munkáiból. De ahhoz, hogy pontosan megértsük, mi történt, és miért számít ez, egy kissé kacskaringós utazáson kell mennünk néhány erőteljes absztrakción keresztül, amely közel egy évszázadot ölel fel.

A hologram elv újragondolása

Kezdjük azzal, amit közismerten holografikus elvnek neveznek. mint olyan írtam Korábban, közel 30 évvel ezelőtt az elméleti fizikusok bevezették az elmehajlító elméletet, amely azt feltételezte, hogy háromdimenziós univerzumunk Valójában hologram. Az A holográfia elve Ez egy megoldási javaslatnak indult A fekete lyuk információs paradoxona A fekete lyukak az általános relativitáselmélet szerint egyszerű dolgok. Csak a tömegét és a spinjét, valamint az elektromos töltését kell matematikailag leírni. Tehát nem lenne észrevehető változás, ha bedobnál valamit egy fekete lyukba – semmi, ami támpontot adna arra vonatkozóan, hogy mi volt az a tárgy. Ez az információ hiányzik.

De problémák merülnek fel, amikor a kvantumgravitáció belép a képbe, mert a kvantummechanika szabályai szerint az információt soha nem lehet megsemmisíteni. A kvantummechanikában pedig a fekete lyukak hihetetlenül összetett objektumok, ezért nagyon sok információt kell tartalmazniuk. Jacob Bekenstein 1974-ben rájött, hogy a fekete lyukaknak is van entrópiája. Stephen Hawking megpróbálta bebizonyítani, hogy tévedett, de végül bebizonyosodott, hogy igaza van, és arra a következtetésre jutott, hogy a fekete lyukak bizonyára valamilyen hősugárzást termelnek.

Tehát a fekete lyukaknak is entrópiával kell rendelkezniük, és Hawking volt az első, aki kiszámította ezt az entrópiát. Bevezette a „Hawking-sugárzás” gondolatát is: egy fekete lyuk kis mennyiségű energiát bocsátana ki, és ennek megfelelő mértékben csökkentené a tömegét. Idővel a fekete lyuk elpárolog. Minél kisebb a fekete lyuk, annál gyorsabban fog eltűnni. De mi történik akkor a benne foglalt információkkal? Valóban megsemmisült, ezzel sértve a kvantummechanikát, vagy valahogy megőrződött a Hawking-sugárzásban?

A holográfia elve szerint a fekete lyuk belsejével kapcsolatos információkat a kétdimenziós felületére („határ”) lehet kódolni, nem pedig a háromdimenziós térfogatára („térfogat”). Leonard Susskind és Gerard Hooft ezt a gondolatot az egész univerzumra kiterjesztették, hologramhoz hasonlítva: háromdimenziós univerzumunk teljes dicsőségében egy kétdimenziós „forráskódból” bukkan elő.

Juan Maldacena ekkor fedezett fel egy döntő kettősséget, amelyet technikailag ún AdS/CFT levelezés– matematikai szótárként szolgál, amely lehetővé teszi a fizikusok számára, hogy oda-vissza mozogjanak két elméleti világ (általános relativitáselmélet és kvantummechanika) nyelvei között. Binárisok a fizikában Olyan modellekre utal, amelyek másképp néznek ki, de kimutatható, hogy egyenértékű fizikát írnak le. Kicsit olyan, mintha a jég, a víz és a gőz ugyanannak a kémiai anyagnak három különböző fázisa, kivéve a dualizmust, amely ugyanazt a jelenséget két különböző, fordítottan összefüggő módon nézi. Az AdS/CFT esetében a kettősség az anti-de Sitter térnek (AdS) ismert téridő-modell – amely állandó negatív görbülettel rendelkezik, ellentétben a mi de Sitter-univerzumunkkal – és a konformációs térelméletnek nevezett kvantumrendszer között van. (CFT), amelyből hiányzik a gravitáció, de van Kvantumösszefonódás.

A kettősség gondolata magyarázza a féreglyuk zavarát. Amint fentebb megjegyeztük, a Nature cikk szerzői nem készítettek fizikai féreglyukat, hanem néhány összegabalyodott kvantumrészecskékkel foglalkoztak a hétköznapi lapos téridőben. De ennek a rendszernek állítólag kettős leírása van a féreglyukról.