Newfound Wormhole permite informațiilor să scape de găurile negre

În 1985, când Carl Sagan scria romanul Contact, avea nevoie să-și transporte rapid protagonistul Dr.Ellie Arroway de pe Pământ la Steaua Vega. A pus-o să intre într-o gaură neagră și să iasă la ani lumină distanță, dar nu știa dacă acest lucru are vreun sens. Astrofizicianul și vedeta de televiziune a Universității Cornell l-a consultat pe prietenul său Kip Thorne, expert în găuri negre la Institutul de Tehnologie din California (care a câștigat un Premiu Nobel la începutul acestei luni). Thorne știa că Arroway nu putea ajunge la Vega printr-o gaură neagră, despre care se crede că prinde și distruge orice cade. Dar i s-a părut că ar putea folosi un alt tip de gaură în concordanță cu teoria generală a relativității a lui Albert Einstein: un tunel sau „gaură de vierme” care leagă locații îndepărtate în spațiu-timp.în timp ce cele mai simple găuri de vierme teoretice se prăbușesc imediat și dispar înainte ca ceva să poată trece, Thorne s-a întrebat dacă ar putea fi posibil ca o civilizație Sf „infinit avansată” să stabilizeze o gaură de vierme suficient de lungă pentru ca ceva sau cineva să o traverseze. El și-a dat seama că o astfel de civilizație ar putea, de fapt, să alinieze gâtul unei găuri de vierme cu „material exotic” care contracarează tendința sa de colaps. Materialul ar avea energie negativă, care ar devia radiațiile și ar respinge spațiul-timp separat de el însuși. Sagan a folosit trucul în Contact, atribuind invenția materialului exotic unei civilizații anterioare, pierdute, pentru a evita să intre în detalii. Între timp, aceste detalii i-au captivat pe Thorne, studenții săi și mulți alți fizicieni, care au petrecut ani de zile explorând găurile de vierme traversabile și implicațiile lor teoretice. Ei au descoperit că aceste găuri de vierme pot servi drept mașini ale timpului, invocând paradoxurile călătoriei în timp — dovezi că materialul exotic este interzis în natură.acum, decenii mai târziu, a apărut o nouă specie de gaură de vierme traversabilă, lipsită de materiale exotice și plină de potențial pentru a ajuta fizicienii să rezolve un paradox derutant despre găurile negre. Acest paradox este chiar problema care a afectat proiectul timpuriu de Contact și l-a determinat pe Thorne să contemple în primul rând găurile de vierme traversabile; și anume, că lucrurile care cad în găurile negre par să dispară fără urmă. Această ștergere totală a informațiilor încalcă regulile mecanicii cuantice și îi încurcă atât de mult pe experți încât, în ultimii ani, unii au susținut că interioarele găurilor negre nu există cu adevărat — că spațiul și timpul se termină ciudat la orizonturile lor.

rafala de descoperiri a început anul trecut cu o lucrare care a raportat prima gaură de vierme traversabilă care nu necesită introducerea de material exotic pentru a rămâne deschisă. În schimb, potrivit lui Ping Gao și Daniel Jafferis de la Universitatea Harvard și Aron Wall de la Universitatea Stanford, energia negativă respingătoare din gâtul găurii de vierme poate fi generată din exterior printr-o conexiune cuantică specială între perechea de găuri negre care formează cele două guri ale găurii de vierme. Când găurile negre sunt conectate în mod corect, ceva aruncat într-unul va tremura de-a lungul găurii de vierme și, în urma anumitor evenimente din universul exterior, va ieși din al doilea. În mod remarcabil, Gao, Jafferis și Wall au observat că scenariul lor este echivalent matematic cu un proces numit teleportare cuantică, care este cheia criptografiei cuantice și poate fi demonstrat în experimente de laborator.John Preskill, expert în găuri negre și gravitație cuantică la Caltech, spune că noua gaură de vierme traversabilă vine ca o surpriză, cu implicații pentru paradoxul informațiilor despre găurile negre și interioarele găurilor negre. „Ceea ce îmi place foarte mult”, a spus el, „este că un observator poate intra în gaura neagră și apoi să scape pentru a spune despre ceea ce a văzut.”Acest lucru sugerează că interiorul găurilor negre există cu adevărat, a explicat el, și că ceea ce intră trebuie să iasă.

o ecuație criptică

noua lucrare a găurii de vierme a început în 2013, când Jafferis a participat la o discuție interesantă la Conferința Strings din Coreea de Sud. Vorbitorul, Juan Maldacena, profesor de fizică la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, New Jersey, a concluzionat recent, pe baza diferitelor indicii și argumente, că „ER = EPR. Adică, găurile de vierme dintre punctele îndepărtate din spațiu-timp, dintre care cele mai simple sunt numite punți Einstein-Rosen sau „ER”, sunt echivalente (deși într-un mod prost definit) cu particulele cuantice încurcate, cunoscute și sub numele de perechi Einstein-Podolsky-Rosen sau „EPR”. Conjectura ER = EPR, pusă de Maldacena și Leonard Susskind de la Stanford, a fost o încercare de a rezolva încarnarea modernă a infamului paradox informațional al găurii negre prin legarea geometriei spațiu-timp, guvernată de relativitatea generală, de conexiunile cuantice instantanee dintre particulele îndepărtate pe care Einstein le-a numit „acțiune înfricoșătoare la distanță.”

paradoxul a apărut din 1974, când fizicianul britanic Stephen Hawking a stabilit că găurile negre se evaporă — dând încet căldură sub formă de particule cunoscute acum sub numele de „radiații Hawking”.”Hawking a calculat că această căldură este complet aleatorie; nu conține informații despre conținutul găurii negre. Pe măsură ce gaura neagră clipește din existență, la fel și înregistrarea universului a tot ceea ce a intrat în interior. Acest lucru încalcă un principiu numit „unitaritate”, coloana vertebrală a teoriei cuantice, care susține că, pe măsură ce particulele interacționează, informațiile despre ele nu sunt niciodată pierdute, ci doar amestecate, astfel încât, dacă ați inversa săgeata timpului în evoluția cuantică a universului, ați vedea lucrurile unscrambling într-o re-creare exactă a trecutului.

aproape toată lumea crede în unitaritate, ceea ce înseamnă că informațiile trebuie să scape de găurile negre — dar cum? În ultimii cinci ani, unii teoreticieni, mai ales Joseph Polchinski de la Universitatea din California, Santa Barbara, au susținut că găurile negre sunt cochilii goale, fără interioare deloc — că Ellie Arroway, la lovirea orizontului evenimentelor unei găuri negre, ar dispărea pe un „firewall” și ar radia din nou.

mulți teoreticieni cred în interiorul găurilor negre (și tranziții mai blânde pe orizonturile lor), dar pentru a le înțelege, trebuie să descopere soarta informațiilor care se încadrează în interior. Acest lucru este esențial pentru construirea unei teorii cuantice de lucru a gravitației, Uniunea mult căutată a descrierilor cuantice și spațiu-timp ale naturii care vine în cea mai accentuată ușurare în interiorul găurilor negre, unde gravitația extremă acționează la scară cuantică.

conexiunea gravitațională cuantică este ceea ce a atras Maldacena, și mai târziu Jafferis, la ideea ER = EPR și la găurile de vierme. Relația implicită dintre tunelurile din spațiu-timp și entanglementul cuantic reprezentată de ER = EPR a rezonat cu o credință populară recentă că spațiul este în esență cusut în existență prin entanglementul cuantic. Se părea că găurile de vierme aveau un rol de jucat în îmbinarea spațiului-timp și în lăsarea informațiilor despre găurile negre să iasă din găurile negre-dar cum ar putea funcționa acest lucru? Când Jafferis l-a auzit pe Maldacena vorbind despre ecuația sa criptică și dovezile pentru aceasta, a fost conștient de faptul că o gaură de vierme ER standard este instabilă și non-traversabilă. Dar s-a întrebat ce ar însemna dualitatea lui Maldacena pentru o gaură de vierme traversabilă precum cele cu care Thorne și alții s-au jucat cu zeci de ani în urmă. La trei ani după discuția despre Coreea de Sud, Jafferis și colaboratorii săi Gao și Wall și-au prezentat răspunsul. Lucrarea extinde ideea ER = EPR prin echivalarea nu a unei găuri de vierme standard și a unei perechi de particule încurcate, ci a unei găuri de vierme traversabile și a teleportării cuantice: un protocol descoperit în 1993 care permite unui sistem cuantic să dispară și să reapară nevătămat în altă parte.

când Maldacena a citit cartea lui Gao, Jafferis și Wall, „am văzut-o ca pe o idee foarte frumoasă, una dintre aceste idei care, după ce cineva îți spune, este evidentă”, a spus el. Maldacena și doi colaboratori, Douglas Stanford și Zhenbin Yang, au început imediat să exploreze ramificațiile noii găuri de vierme pentru paradoxul informațiilor despre gaura neagră; lucrarea lor a apărut în aprilie. Susskind și Ying Zhao de la Stanford au urmat acest lucru cu o lucrare despre teleportarea găurilor de vierme în iulie. Gaura de vierme „oferă o imagine geometrică interesantă pentru modul în care se întâmplă teleportarea”, a spus Maldacena. „Mesajul trece de fapt prin gaura de vierme.”

Leave a Reply