newfound Wormhole laat informatie ontsnappen uit zwarte gaten

in 1985, toen Carl Sagan de roman Contact schreef, moest hij snel zijn hoofdpersoon Dr. Ellie Arroway van de aarde naar de ster Vega transporteren. Hij liet haar een zwart gat binnengaan en lichtjaren weg gaan, maar hij wist niet of dit zinvol was. De Cornell University astrofysicus en televisiester raadpleegde zijn vriend Kip Thorne, een zwart gat expert aan het California Institute of Technology (die eerder deze maand een Nobelprijs won). Thorne wist dat Arroway Vega niet kon bereiken via een zwart gat, dat verondersteld wordt alles te vangen en te vernietigen dat erin valt. Maar het kwam bij hem op dat ze gebruik zou kunnen maken van een ander soort gat in overeenstemming met Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie: een tunnel of “wormgat” die verre locaties in de ruimte-tijd verbindt.terwijl de eenvoudigste theoretische wormgaten onmiddellijk instorten en verdwijnen voordat er iets doorheen kan, vroeg Thorne zich af of het mogelijk zou zijn voor een “oneindig geavanceerde” sci-fi beschaving om een wormgat lang genoeg te stabiliseren zodat iets of iemand het kan doorkruisen. Hij kwam erachter dat zo ‘ n beschaving in feite de keel van een wormgat kon verbinden met “exotisch materiaal” dat de neiging om in te storten tegengaat. Het materiaal zou negatieve energie bezitten, die straling zou afleiden en ruimte-tijd van zichzelf zou afstoten. Sagan gebruikte de truc in Contact, de uitvinding van het exotische materiaal toe te schrijven aan een eerdere, verloren beschaving om te voorkomen dat in bijzonderheden. Ondertussen, deze gegevens boeide Thorne, zijn studenten en vele andere natuurkundigen, die jarenlang besteed aan het verkennen van doorlopende wormgaten en hun theoretische implicaties. Ze ontdekten dat deze wormgaten als tijdmachines kunnen dienen, waarbij ze tijdreisparadoxen aanriepen-bewijs dat exotisch materiaal in de natuur verboden is.nu, decennia later, is er een nieuwe soort van doorlopend wormgat ontstaan, vrij van exotisch materiaal en vol potentieel om natuurkundigen te helpen een verbijsterende paradox over zwarte gaten op te lossen. Deze paradox is precies het probleem dat de vroege ontwerp van Contact geplaagd en leidde Thorne om te overwegen doorlopende wormgaten in de eerste plaats; namelijk, dat dingen die vallen in zwarte gaten lijken te verdwijnen zonder een spoor. Dit totale wissen van informatie breekt de regels van de kwantummechanica, en het puzzelt experts zo dat in de afgelopen jaren, sommigen hebben betoogd dat zwart gat interieurs niet echt bestaan — dat ruimte en tijd vreemd eindigen op hun horizon.

de vlaag van bevindingen begon vorig jaar met een paper dat het eerste doorlopende wormgat rapporteerde dat het inbrengen van exotisch materiaal niet nodig heeft om open te blijven. In plaats daarvan, volgens Ping Gao en Daniel Jafferis van Harvard University en Aron Wall van Stanford University, kan de afstotende negatieve energie in de keel van het wormgat van buitenaf worden gegenereerd door een speciale kwantumverbinding tussen de twee zwarte gaten die de twee monden van het wormgat vormen. Als de zwarte gaten op de juiste manier met elkaar verbonden zijn, zal er iets in de ene slingeren langs het wormgat en, na bepaalde gebeurtenissen in het buiten universum, de tweede verlaten. Opmerkelijk, Gao, Jafferis en Wall merkten dat hun scenario wiskundig equivalent is aan een proces genaamd kwantum teleportatie, die de sleutel is tot kwantum cryptografie en kan worden aangetoond in laboratoriumexperimenten.

John Preskill, een expert op het gebied van zwarte gaten en kwantumzwaartekracht bij Caltech, zegt dat het nieuwe doorlopende wormgat als een verrassing komt, met implicaties voor de informatieparadox van zwarte gaten en het interieur van zwarte gaten. “Wat ik echt leuk vind, “zei hij,” is dat een waarnemer het zwarte gat kan betreden en dan ontsnappen om te vertellen over wat ze zag.”Dit suggereert dat zwart gat interieurs echt bestaan, legde hij uit, en dat wat erin gaat eruit moet komen.

een cryptische vergelijking

het nieuwe wormgat werk begon in 2013, toen Jafferis een intrigerende lezing bijwoonde op de Strings conferentie in Zuid-Korea. De spreker, Juan Maldacena, een professor in de natuurkunde aan het Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, had onlangs, op basis van verschillende hints en argumenten, geconcludeerd dat “ER = EPR.”Dat wil zeggen, wormgaten tussen verre punten in de ruimte-tijd, waarvan de eenvoudigste Einstein-Rosen of “er” bruggen worden genoemd, zijn gelijkwaardig (zij het op een of andere slecht gedefinieerde manier) aan verstrengelde kwantumdeeltjes, ook bekend als Einstein-Podolsky-Rosen of “EPR” paren. Het vermoeden van ER = EPR, gesteld door Maldacena en Leonard Susskind van Stanford, was een poging om de moderne incarnatie van de beruchte informatieparadox van het zwarte gat op te lossen door de ruimte-tijdmeetkunde, geregeerd door algemene relativiteit, te koppelen aan de momentane kwantumverbindingen tussen verre deeltjes die Einstein “spookachtige actie op afstand” noemde.de paradox is ontstaan sinds 1974, toen de Britse natuurkundige Stephen Hawking bepaalde dat zwarte gaten verdampen — langzaam warmte afgeven in de vorm van deeltjes die nu bekend staan als “Hawking radiation.”Hawking berekende dat deze warmte volledig willekeurig is; het bevat geen informatie over de inhoud van het zwarte gat. Als het zwarte gat uit het bestaan knippert, zo doet het universum verslag van alles wat er in ging. Dit is in strijd met het principe “unitariteit”, de ruggengraat van de kwantumtheorie, dat stelt dat als deeltjes interageren, informatie over hen nooit verloren gaat, alleen maar vervormd, zodat als je de pijl van de tijd in de kwantumevolutie van het universum omdraait, je dingen zou zien ontrafelen in een exacte re-creatie van het verleden.

bijna iedereen gelooft in eenheid, wat betekent dat informatie moet ontsnappen aan zwarte gaten-maar hoe? In de afgelopen vijf jaar hebben sommige theoretici, met name Joseph Polchinski van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, betoogd dat zwarte gaten lege schelpen zijn zonder interieurs — dat Ellie Arroway, wanneer hij de event horizon van een zwart gat raakt, zou fizzle op een “firewall” en weer uitstralen.veel theoretici geloven in zwart gat interieurs (en zachtere overgangen over hun horizon), maar om ze te begrijpen, moeten ze het lot van informatie die binnen valt ontdekken. Dit is cruciaal voor het bouwen van een werkende kwantumtheorie van zwaartekracht, de lang gezochte Vereniging van de kwantum-en ruimte-tijdbeschrijvingen van de natuur die in het scherpste reliëf komt in zwarte gaten interieurs, waar extreme zwaartekracht werkt op een kwantumschaal.

De kwantumzwaartekrachtverbinding is wat Maldacena, en later Jafferis, trok naar het er = EPR idee, en naar wormgaten. De impliciete relatie tussen tunnels in ruimte-tijd en kwantumverstrengeling die wordt gevormd door ER = EPR resoneerde met een Populair recent geloof dat de ruimte in wezen tot bestaan wordt gestikt door kwantumverstrengeling. Het leek erop dat wormgaten een rol hadden te spelen in het aan elkaar naaien van ruimte-tijd en in het laten van zwarte gaten informatie worm zijn weg uit zwarte gaten — maar hoe zou dit werken? Toen Jafferis Maldacena hoorde praten over zijn cryptische vergelijking en het bewijs daarvoor, was hij zich ervan bewust dat een standaard er wormgat onstabiel en niet-verplaatsbaar is. Maar hij vroeg zich af wat Maldacena ‘ s dualiteit zou betekenen voor een doorgaand wormgat zoals Thorne en anderen decennia geleden speelden. Drie jaar na het Zuid-Koreaanse gesprek presenteerden Jafferis en zijn medewerkers Gao en Wall hun antwoord. Het werk breidt het ER = EPR idee uit door niet een standaard wormgat en een paar verstrengelde deeltjes gelijk te stellen, maar een doorgangbaar wormgat en kwantum teleportatie: een protocol ontdekt in 1993 dat het mogelijk maakt een kwantumsysteem te verdwijnen en opnieuw ongedeerd ergens anders te verschijnen.

toen Maldacena Gao, Jafferis en Wall ‘ s paper las, “zag ik het als een heel leuk idee, een van deze ideeën dat nadat iemand je vertelt, het duidelijk is,” zei hij. Maldacena en twee medewerkers, Douglas Stanford en Zhenbin Yang, begonnen onmiddellijk de vertakkingen van het nieuwe wormgat te onderzoeken voor de informatieparadox van het zwarte gat. Susskind en Ying Zhao van Stanford volgden dit met een artikel over wormgat teleportatie in Juli. Het wormgat “geeft een interessant geometrisch beeld voor hoe teleportatie gebeurt,” Maldacena zei. “De boodschap gaat eigenlijk door het wormgat.”

Leave a Reply