newfound Wormhole pozwala Informacji uciec czarne dziury

w 1985 roku, kiedy Carl Sagan pisał powieść kontakt, musiał szybko przetransportować swoją bohaterkę Dr Ellie Arroway z ziemi do gwiazdy Vega. Kazał jej wejść do czarnej dziury i wyjść z odległości lat świetlnych, ale nie wiedział, czy to ma sens. Astrofizyk Cornell University i gwiazda telewizji skonsultował się ze swoim przyjacielem, Kip Thorne, ekspertem od czarnej dziury w California Institute of Technology (który zdobył Nagrodę Nobla na początku tego miesiąca). Thorne wiedział, że Arroway nie może dostać się do Vegi przez czarną dziurę, która uważa się za pułapkę i zniszczenie wszystkiego, co wpadnie. Ale przyszło mu do głowy, że może użyć innego rodzaju dziury zgodnej z ogólną teorią względności Alberta Einsteina: tunelu lub” tunelu czasoprzestrzennego ” łączącego odległe miejsca w czasoprzestrzeni.

podczas gdy najprostsze teoretyczne tunele czasoprzestrzenne natychmiast zapadają się i znikają, zanim cokolwiek się przedostanie, Thorne zastanawiał się, czy jest możliwe, aby „nieskończenie zaawansowana” cywilizacja sci-fi ustabilizowała tunel czasoprzestrzenny wystarczająco długo, aby coś lub ktoś mógł go przemierzyć. Zorientował się, że taka cywilizacja może w rzeczywistości wyrównać gardło tunelu czasoprzestrzennego „egzotycznym materiałem”, który przeciwdziała jego tendencji do zapadania się. Materiał miałby negatywną energię, która odbijałaby promieniowanie i odpychała czasoprzestrzeń. Sagan wykorzystał tę sztuczkę w kontakcie, przypisując wynalezienie egzotycznego materiału wcześniejszej, zagubionej cywilizacji, aby uniknąć wnikania w szczegóły. Tymczasem te szczegóły zachwyciły Thorne ’ a, jego uczniów i wielu innych fizyków, którzy przez lata badali tunele czasoprzestrzenne i ich teoretyczne implikacje. Odkryli, że te tunele czasoprzestrzenne mogą służyć jako wehikuły czasu, powołując się na paradoksy podróży w czasie-dowód na to, że Egzotyczny materiał jest w naturze zabroniony.

teraz, dekady później, pojawił się nowy gatunek korytarza czasoprzestrzennego, wolny od egzotycznego materiału i pełen potencjału, aby pomóc fizykom rozwiązać zaskakujący paradoks dotyczący czarnych dziur. Paradoks ten jest właśnie problemem, który nękał wczesny szkic kontaktu i doprowadził Thorne ’ a do rozważenia tuneli czasoprzestrzennych, a mianowicie, że rzeczy, które wpadają do czarnych dziur, wydają się znikać bez śladu. To całkowite wymazanie informacji łamie zasady mechaniki kwantowej i tak zagaduje ekspertów, że w ostatnich latach niektórzy twierdzą, że wnętrza czarnych dziur tak naprawdę nie istnieją — że przestrzeń i czas dziwnie kończą się na ich horyzoncie.

fala odkryć rozpoczęła się w zeszłym roku od artykułu, w którym opisano pierwszy tunel czasoprzestrzenny, który nie wymaga wstawiania egzotycznego materiału, aby pozostać otwartym. Zamiast tego, według Ping Gao i Daniel Jafferis z Uniwersytetu Harvarda i Aron Wall z Uniwersytetu Stanforda, odpychająca negatywna energia w gardle tunelu może być generowana z zewnątrz przez specjalne połączenie kwantowe między parą czarnych dziur, które tworzą dwie usta tunelu. Kiedy czarne dziury są połączone we właściwy sposób, coś wrzucone do jednej z nich będzie migać wzdłuż tunelu czasoprzestrzennego i, po pewnych wydarzeniach w zewnętrznym wszechświecie, wyjść z drugiej. Co ciekawe, Gao, Jafferis i Wall zauważyli, że ich scenariusz jest matematycznie równoważny procesowi nazywanemu kwantową teleportacją, który jest kluczem do kryptografii kwantowej i może być zademonstrowany w eksperymentach laboratoryjnych.

John Preskill, ekspert od czarnej dziury i grawitacji kwantowej w Caltech, mówi, że nowy tunel czasoprzestrzenny jest zaskoczeniem, z implikacjami dla paradoksu informacji o czarnej dziurze i wnętrza czarnej dziury. „To, co naprawdę lubię, „powiedział,” to to, że obserwator może wejść do czarnej dziury, a następnie uciec, aby opowiedzieć o tym, co widziała.”To sugeruje, że wnętrza czarnej dziury naprawdę istnieją, wyjaśnił, i że to, co wchodzi, musi wyjść.

zagadkowe równanie

prace nad nowym tunelem czasoprzestrzennym rozpoczęły się w 2013 roku, kiedy Jafferis wziął udział w intrygującym wykładzie na konferencji Strings w Korei Południowej. Prelegent, Juan Maldacena, profesor fizyki w Institute for Advanced Study w Princeton, New Jersey, niedawno stwierdził, na podstawie różnych wskazówek i argumentów, że „ER = EPR . „Oznacza to, że tunele czasoprzestrzenne między odległymi punktami czasoprzestrzeni, z których najprostsze nazywane są mostami Einsteina-Rosena lub” ER”, są równoważne (choć w jakiś źle zdefiniowany sposób) splątanym cząstkom kwantowym, znanym również jako pary Einsteina-Podolskiego-Rosena lub” EPR”. Przypuszczenie ER = EPR, postawione przez Maldacenę i Leonarda Susskinda ze Stanford, było próbą rozwiązania współczesnego wcielenia niesławnego paradoksu informacyjnego czarnej dziury poprzez powiązanie geometrii czasoprzestrzennej, rządzonej przez ogólną teorię względności, z chwilowymi kwantowymi połączeniami między odległymi cząstkami, które Einstein nazwał „strasznym działaniem na odległość.”

paradoks pojawił się od 1974 roku, kiedy brytyjski fizyk Stephen Hawking ustalił, że czarne dziury parują — powoli wydzielają ciepło w postaci cząstek znanych obecnie jako ” promieniowanie Hawkinga.”Hawking obliczył, że to ciepło jest całkowicie losowe; nie zawiera informacji o zawartości czarnej dziury. Gdy czarna dziura mruga z istnienia, tak samo jak zapis wszechświata o wszystkim, co weszło do środka. To łamie zasadę zwaną „jednostkowością”, podstawę teorii kwantowej, która głosi, że gdy cząstki wchodzą w interakcje, informacje o nich nigdy nie są tracone, tylko pomieszane, więc jeśli odwrócisz strzałkę czasu w ewolucji kwantowej wszechświata, zobaczysz, że rzeczy rozszyfrowują się w dokładne odtworzenie przeszłości.

prawie każdy wierzy w jednostkowość, czyli informacje muszą uciekać przed czarnymi dziurami – ale jak? W ciągu ostatnich pięciu lat niektórzy teoretycy, zwłaszcza Joseph Polchinski z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, argumentowali, że czarne dziury są pustymi muszlami bez wnętrza — że Ellie Arroway, po uderzeniu w horyzont zdarzeń czarnej dziury, pęknie na „zaporze” i wypromieniuje się ponownie.

wielu teoretyków wierzy w wnętrza czarnych dziur (i łagodniejsze przejścia przez ich horyzonty), ale aby je zrozumieć, muszą odkryć los informacji, które wpadają do środka. Ma to kluczowe znaczenie dla zbudowania działającej kwantowej teorii grawitacji, długo poszukiwanego związku kwantowych i czasoprzestrzennych opisów natury, który wchodzi w najostrzejszą reliefę we wnętrzach czarnych dziur, gdzie ekstremalna grawitacja działa na skalę kwantową.

połączenie grawitacji kwantowej jest tym, co przyciągnęło Maldacenę, a później Jafferisa, do idei ER = EPR i tuneli czasoprzestrzennych. Implikowana zależność między tunelami w czasoprzestrzeni a splątaniem kwantowym, jaką tworzy ER = EPR, rezonowała z popularnym ostatnio przekonaniem, że przestrzeń jest zasadniczo zszyta w istnienie przez splątanie kwantowe. Wydawało się, że tunele czasoprzestrzenne mają do odegrania rolę w łączeniu czasoprzestrzeni i pozwalaniu, aby informacje o czarnej dziurze wydostały się z czarnych dziur-ale jak to może działać? Kiedy Jafferis usłyszał, jak Maldacena mówi o swoim tajemniczym równaniu i dowodach na to, był świadomy, że standardowy tunel ER jest niestabilny i nie można go przemierzać. Ale zastanawiał się, co dualizm Maldaceny oznaczałby dla tunelu, który można przemierzać, jak te, z którymi Thorne i inni bawili się dziesiątki lat temu. Trzy lata po przemówieniu w Korei Południowej Jafferis i jego współpracownicy Gao i Wall przedstawili swoją odpowiedź. Praca rozszerza ideę ER = EPR poprzez zrównanie Nie standardowego korytarza czasoprzestrzennego i pary splątanych cząstek, ale przechodzącego korytarza czasoprzestrzennego i kwantowej teleportacji: protokołu odkrytego w 1993 roku, który pozwala systemowi kwantowemu zniknąć i pojawić się bez szwanku gdzieś indziej.

Kiedy Maldacena czytał Gao, Jafferis i Wall ’ s paper, „uznałem to za naprawdę fajny pomysł, jeden z tych pomysłów, które po tym, jak ktoś ci powie, są oczywiste” – powiedział. Maldacena i dwaj współpracownicy, Douglas Stanford i Zhenbin Yang, natychmiast zaczęli badać konsekwencje nowego korytarza czasoprzestrzennego dla paradoksu informacyjnego czarnej dziury; ich artykuł ukazał się w kwietniu. Susskind i Ying Zhao ze Stanford opublikowali artykuł o teleportacji w tunelu czasoprzestrzennym w lipcu. Tunel czasoprzestrzenny „daje ciekawy geometryczny obraz tego, jak dzieje się teleportacja”, powiedział Maldacena. „Wiadomość przechodzi przez tunel czasoprzestrzenny.”

Leave a Reply