Newfound Wormhole mahdollistaa tiedon karkaamisen mustista aukoista

vuonna 1985, kun Carl Sagan oli kirjoittamassa romaania Contact, hänen piti nopeasti kuljettaa päähenkilönsä tohtori Ellie Arroway maasta Vega-tähdelle. Hän käski naisen mennä mustaan aukkoon ja poistua valovuosien päästä, mutta hän ei tiennyt, oliko tässä mitään järkeä. Cornellin yliopiston astrofyysikko ja televisiotähti konsultoi ystäväänsä kip Thornea, California Institute of Technologyn mustan aukon asiantuntijaa, joka sai Nobel-palkinnon aiemmin tässä kuussa. Thorne tiesi, ettei Arroway pääsisi Vegaan mustan aukon kautta, jonka uskotaan vangitsevan ja tuhoavan kaiken, mikä sinne putoaa. Mutta hänelle tuli mieleen, että hän voisi käyttää toisenlaista aukkoa, joka olisi Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukainen: tunnelia eli ”madonreikää”, joka yhdistäisi kaukaisia paikkoja aika-avaruudessa.

vaikka yksinkertaisimmat teoreettiset madonreiät romahtavat välittömästi ja katoavat ennen kuin mikään ehtii läpi, Thorne pohti, voisiko ”äärettömän edistynyt” scifi-sivilisaatio vakauttaa madonreiän niin pitkäksi aikaa, että jokin tai joku voisi kulkea sen läpi. Hän keksi, että tällainen sivilisaatio voisi itse asiassa vuorata madonreiän kurkun ”eksoottisella materiaalilla”, joka estää sen taipumuksen luhistua. Materiaalilla olisi negatiivista energiaa, joka torjuisi säteilyn ja hylkisi aika-avaruuden itsestään. Sagan käytti kikkaa kontaktissa ja liitti eksoottisen materiaalin keksimisen aikaisempaan, kadonneeseen sivilisaatioon välttääkseen joutumasta yksityiskohtiin. Samaan aikaan nuo yksityiskohdat kiehtoivat Thornea, hänen oppilaitaan ja monia muita fyysikoita, jotka käyttivät vuosia tutkiessaan läpitunkevia madonreikiä ja niiden teoreettisia seurauksia. He keksivät, että nämä madonreiät voivat toimia aikakoneina, vedoten aikamatkaparadokseihin-todisteena siitä, että eksoottiset aineet ovat kiellettyjä luonnossa.

nyt, vuosikymmeniä myöhemmin, on syntynyt uusi laji läpikulkukelpoinen madonreikä, jossa ei ole eksoottista materiaalia ja joka on täynnä mahdollisuuksia auttaa fyysikoita ratkaisemaan hämmentävän paradoksin mustista aukoista. Tämä paradoksi on juuri se ongelma, joka vaivasi varhaista yhteydenottoa ja sai Thornen pohtimaan ylipäätään läpäistäviä madonreikiä, nimittäin sitä, että mustiin aukkoihin putoavat asiat näyttävät katoavan jäljettömiin. Tämä tiedon täydellinen poistaminen rikkoo kvanttimekaniikan sääntöjä, ja se ihmetyttää asiantuntijoita niin paljon, että viime vuosina jotkut ovat väittäneet, että mustan aukon sisätiloja ei oikeasti ole olemassa — että avaruus ja aika kummasti päättyvät horisonttiinsa.

löydösten vyöry alkoi viime vuonna lehdestä, jossa kerrottiin ensimmäisestä läpikulkukelpoisesta madonreiästä, joka ei vaadi eksoottisen materiaalin lisäämistä pysyäkseen auki. Sen sijaan Harvardin yliopiston Ping Gaon ja Daniel Jafferisin sekä Stanfordin yliopiston Aron Wallin mukaan madonreiän kurkun vastenmielinen negatiivinen energia voi syntyä ulkopuolelta erityisellä kvanttiyhteydellä madonreiän kahden suun muodostavien mustien aukkojen välille. Kun mustat aukot ovat oikealla tavalla yhteydessä toisiinsa, jokin yhteen heitetty sinkoutuu madonreikää pitkin ja tiettyjen ulkouniversumin tapahtumien jälkeen poistuu toisesta. Huomattavaa on, että Gao, Jafferis ja Wall huomasivat, että heidän skenaarionsa vastaa matemaattisesti kvanttiteleportaatioksi kutsuttua prosessia, joka on avain kvanttisalaukseen ja joka voidaan osoittaa laboratoriokokeissa.

John Preskill, Caltechin mustan aukon ja kvanttigravitaation asiantuntija, sanoo, että uusi läpikulkukelpoinen madonreikä tulee yllätyksenä, jolla on vaikutuksia mustan aukon informaatioparadoksiin ja mustan aukon sisätiloihin. ”Pidän todella siitä, että tarkkailija voi mennä mustaan aukkoon ja paeta sitten kertomaan näkemästään.”Tämä viittaa siihen, että mustan aukon sisätilat ovat todella olemassa, hän selitti, ja että sen, mikä menee sisään, on tultava ulos.

kryptinen yhtälö

Uusi madonreikätyö alkoi vuonna 2013, kun Jafferis osallistui kiehtovaan puheeseen Strings-konferenssissa Etelä-Koreassa. Puhuja, Juan Maldacena, fysiikan professori Institute for Advanced Study-instituutissa Princetonissa New Jerseyssä, oli äskettäin päätellyt erilaisten vihjeiden ja argumenttien perusteella, että ”ER = EPR.”Toisin sanoen aika-avaruuden kaukaisten pisteiden väliset madonreiät, joista yksinkertaisimpia kutsutaan Einstein-Rosen-silloiksi tai ”ER”-silloiksi, vastaavat (vaikkakin jollain huonosti määritellyllä tavalla) toisiinsa kietoutuneita kvanttihiukkasia, jotka tunnetaan myös Einstein-Podolsky-Rosen-tai ”EPR” – pareina. The ER = EPR otaksuma, aiheuttamat Maldacena ja Leonard Susskind Stanfordin, oli yritys ratkaista moderni inkarnaatio surullisen mustan aukon informaatioparadoksi sitomalla avaruus-aika geometria, jota säätelee yleinen suhteellisuusteoria, hetkellinen kvanttiyhteyksiä kaukana toisistaan hiukkasia, että Einstein kutsui ”aavemaista toimintaa etäällä.”

paradoksi on häämöttänyt vuodesta 1974, jolloin brittiläinen fyysikko Stephen Hawking selvitti, että mustat aukot haihtuvat — tuottavat hitaasti lämpöä hiukkasina, jotka tunnetaan nykyään nimellä ”Hawkingin säteily.”Hawking laski, että tämä kuumuus on täysin sattumanvaraista; se ei sisällä mitään tietoa mustan aukon sisällöstä. Kun musta aukko vilkkuu pois olemassaolosta, – niin myös universumin kertomus kaikesta, mikä meni sisään. Tämä rikkoo periaatetta nimeltä ”unitaarisuus”, kvanttiteorian selkäranka, jonka mukaan kun hiukkaset vuorovaikuttavat, informaatio niistä ei koskaan katoa, vaan vain sekoittuu, niin että jos kääntää ajan nuolen universumin kvanttikehityksessä, asiat purkautuvat täsmälliseksi menneisyyden uudelleenluomiseksi.

lähes kaikki uskovat yhtenäisyyteen, eli tiedon on paettava mustista aukoista — mutta miten? Viimeisten viiden vuoden aikana jotkut teoreetikot, erityisesti Joseph Polchinski Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta, ovat väittäneet, että mustat aukot ovat tyhjiä kuoria, joissa ei ole lainkaan sisätiloja — että Ellie Arroway, osuessaan mustan aukon tapahtumahorisonttiin, poreilisi ”palomuurissa” ja säteilisi taas ulos.

monet teoreetikot uskovat mustan aukon sisätiloihin (ja hempeämpiin siirtymiin horisonttiensa yli), mutta ymmärtääkseen niitä heidän on selvitettävä sisälle putoavan informaation kohtalo. Tämä on kriittinen rakentaa toimiva kvanttiteoria painovoiman, kauan etsitty unioni kvantti-ja aika-avaruus kuvaus luonnosta, joka tulee terävin helpotus mustan aukon sisätilat, jossa äärimmäinen painovoima toimii kvanttimittakaavassa.

kvanttigravitaatioyhteys veti Maldacenan ja myöhemmin Jafferiksen ER = EPR-ideaan ja madonreikiin. Implisiittinen suhde tunnelien välillä aika-avaruus ja kvantti sotkeutuminen aiheuttamat ER = EPR resonoi suosittu viime uskomus, että avaruus on olennaisesti ommeltu olemassaoloon kvantti sotkeutuminen. Näytti siltä, että madonrei ’ illä oli osansa aika-avaruuden yhteen ompelemisessa ja mustan aukon informaation päästämisessä ulos mustista aukoista — mutta miten tämä voisi toimia? Kun Jafferis kuuli Maldacenan puhuvan hänen arvoituksellisesta yhtälöstään ja sen todisteista, hän tiesi, että normaali ER-madonreikä on epävakaa ja läpikulkukelvoton. Mutta hän mietti, mitä Maldacenan kaksinaisuus merkitsisi läpitunkemattomalle madonreiälle, jollaisilla Thorne ja muut leikkivät vuosikymmeniä sitten. Kolme vuotta Etelä-Korea-puheen jälkeen jafferis ja hänen yhteistyökumppaninsa Gao ja Wall esittivät vastauksensa. Teos laajentaa er = EPR-ideaa vertaamalla, ei standardia madonreikää ja paria toisiinsa kietoutuneita hiukkasia, vaan läpitunkevaa madonreikää ja kvanttiteleportaatiota: vuonna 1993 löydettyä protokollaa, jonka avulla kvanttijärjestelmä voi kadota ja ilmestyä vahingoittumattomana jonnekin muualle.

kun Maldacena luki Gaon, jafferisin ja Wallin paperia, ”pidin sitä todella mukavana ideana, yhtenä näistä ideoista, että kun joku kertoo, se on itsestään selvää”, hän sanoi. Maldacena ja kaksi yhteistyökumppania, Douglas Stanford ja Zhenbin Yang, alkoivat välittömästi tutkia uuden madonreiän seurauksia mustan aukon informaatioparadoksi; heidän tutkielmansa ilmestyi huhtikuussa. Susskind ja Ying Zhao Stanfordista seurasivat tätä tutkielmalla madonreikäteleportaatiosta heinäkuussa. Madonreikä ”antaa mielenkiintoisen geometrisen kuvan siitä, miten teleportaatio tapahtuu”, Maldacena sanoi. ”Viesti menee madonreiän läpi.”

Leave a Reply