nyfunna maskhål tillåter Information att fly svarta hål

1985, när Carl Sagan skrev romanen kontakt, han behövde för att snabbt transportera sin huvudperson Dr Ellie Arroway från jorden till stjärnan Vega. Han fick henne att gå in i ett svart hål och gå ut ljusår bort, men han visste inte om det var meningsfullt. Cornell University astrofysiker och TV-stjärna konsulterade sin vän Kip Thorne, en svarthålexpert vid California Institute of Technology (som vann Nobelpriset tidigare denna månad). Thorne visste att Arroway inte kunde komma till Vega via ett svart hål, vilket tros fälla och förstöra allt som faller in. Men det hände honom att hon skulle kunna använda sig av en annan typ av hål som överensstämmer med Albert Einsteins allmänna relativitetsteori: en tunnel eller ”maskhål” som förbinder avlägsna platser i rymdtid.medan de enklaste teoretiska maskhålen omedelbart kollapsar och försvinner innan någonting kan komma igenom, undrade Thorne om det kan vara möjligt för en ”oändligt avancerad” sci-fi-civilisation att stabilisera ett maskhål tillräckligt länge för att något eller någon ska korsa det. Han räknade ut att en sådan civilisation faktiskt kunde leda halsen på ett maskhål med ”exotiskt material” som motverkar dess tendens att kollapsa. Materialet skulle ha negativ energi, vilket skulle avleda strålning och avvisa rymdtid bortsett från sig själv. Sagan använde tricket i kontakt, tillskriva uppfinningen av det exotiska materialet till en tidigare, förlorad civilisation för att undvika att komma in i uppgifter. Under tiden fängslade dessa uppgifter Thorne, hans elever och många andra fysiker, som tillbringade år med att utforska traverserbara maskhål och deras teoretiska konsekvenser. De upptäckte att dessa maskhål kan fungera som tidsmaskiner, åberopar paradoxer för tidsresor-bevis på att exotiskt material är förbjudet i naturen.nu, årtionden senare, har en ny art av traverserbart maskhål uppstått, fri från exotiskt material och full av potential för att hjälpa fysiker att lösa en förvirrande paradox om svarta hål. Denna paradox är själva problemet som plågade det tidiga utkastet till kontakt och ledde Thorne att överväga korsbara maskhål i första hand; nämligen att saker som faller i svarta hål verkar försvinna spårlöst. Denna totala radering av information bryter mot kvantmekanikens regler, och det pusslar så experter att de senaste åren har vissa hävdat att svarthålsinteriörer inte existerar — att rymden och tiden konstigt slutar vid deras horisonter.

fynden började förra året med ett papper som rapporterade det första traverserbara maskhålet som inte kräver införande av exotiskt material för att vara öppet. Istället, enligt Ping Gao och Daniel Jafferis från Harvard University och Aron Wall of Stanford University, kan den repulsiva negativa energin i maskhålets hals genereras från utsidan av en speciell kvantförbindelse mellan paret svarta hål som bildar maskhålets två munnar. När de svarta hålen är anslutna på rätt sätt kommer något som kastas in i en shimmy längs maskhålet och, efter vissa händelser i det yttre universum, avsluta det andra. Anmärkningsvärt märkte Gao, Jafferis och Wall att deras scenario matematiskt motsvarar en process som kallas kvantteleportation, vilket är nyckeln till kvantkryptografi och kan demonstreras i laboratorieexperiment.

John Preskill, en svart hål och kvantgravitationsexpert på Caltech, säger att det nya traverserbara maskhålet kommer som en överraskning, med konsekvenser för informationsparadoxen för svart hål och interiörer med svart hål. ”Vad jag verkligen gillar, ”sa han,” är att en observatör kan komma in i det svarta hålet och sedan fly för att berätta om vad hon såg.”Detta tyder på att svarthålsinteriörer verkligen existerar, förklarade han, och att det som går in måste komma ut.

en kryptisk ekvation

det nya maskhålsarbetet började 2013, när Jafferis deltog i ett spännande samtal på Strings-konferensen i Sydkorea. Talaren Juan Maldacena, professor i fysik vid Institutet för avancerad studie i Princeton, New Jersey, hade nyligen dragit slutsatsen, baserat på olika tips och argument, att ”ER = EPR.”Det vill säga maskhål mellan avlägsna punkter i rymdtid, vars enklaste kallas Einstein-Rosen eller” ER ”broar, är likvärdiga (om än på något dåligt definierat sätt) till intrasslade kvantpartiklar, även kända som Einstein-Podolsky-Rosen eller” EPR ” par. ER = EPR-gissningen, som ställdes av Maldacena och Leonard Susskind från Stanford, var ett försök att lösa den moderna inkarnationen av den ökända svarta hålinformationsparadoxen genom att binda rymdtidsgeometri, styrd av allmän relativitet, till de momentana kvantförbindelserna mellan avlägsna partiklar som Einstein kallade ”spooky action at a distance.”

paradoxen har väckt sedan 1974, då den brittiska fysikern Stephen Hawking bestämde att svarta hål avdunstar — långsamt avger värme i form av partiklar som nu kallas ”Hawking-strålning.”Hawking beräknade att denna värme är helt slumpmässig; den innehåller ingen information om det svarta hålets innehåll. När det svarta hålet blinkar ur existens, så gör universums rekord av allt som gick in. Detta bryter mot en princip som kallas” unitarity”, ryggraden i kvantteorin, som hävdar att när partiklar interagerar, är information om dem aldrig förlorad, bara förvrängd, så att om du reverserade tidens pil i universums kvantutveckling, skulle du se saker avkoda till en exakt återskapande av det förflutna.

nästan alla tror på enhetlighet, vilket innebär att information måste undkomma svarta hål-men hur? Under de senaste fem åren har vissa teoretiker, framför allt Joseph Polchinski från University of California, Santa Barbara, hävdat att svarta hål är tomma skal utan interiörer alls — att Ellie Arroway, när han träffade ett svart håls händelsehorisont, skulle fizzle på en ”brandvägg” och stråla ut igen.

många teoretiker tror på svarta hålinteriörer (och mildare övergångar över sina horisonter), men för att förstå dem måste de upptäcka ödet för information som faller inuti. Detta är avgörande för att bygga en fungerande kvantteori om gravitation, den länge sökta föreningen av kvant-och rymdtidsbeskrivningar av naturen som kommer i skarpaste lättnad i svarta hålinteriörer, där extrem gravitation verkar på kvantskala.

kvantgravitationsanslutningen är vad som drog Maldacena, och senare Jafferis, till er = EPR-ideen och till maskhål. Det underförstådda förhållandet mellan tunnlar i rymdtid och kvantförvirring som er = EPR resonerade med en populär ny tro på att rymden väsentligen sys till existens genom kvantförvirring. Det verkade som maskhål hade en roll att spela i att sy ihop rymdtid och att låta svart hål information mask sin väg ut ur svarta hål-men hur kan detta fungera? När Jafferis hörde Maldacena prata om sin kryptiska ekvation och bevisen för det, var han medveten om att ett standard er-maskhål är instabilt och icke-traverserbart. Men han undrade vad Maldacenas dualitet skulle innebära för ett korsbart maskhål som de Thorne och andra spelade runt med årtionden sedan. Tre år efter Sydkoreas samtal presenterade Jafferis och hans medarbetare Gao och Wall sitt svar. Arbetet utökar er = EPR-ideen genom att jämföra, inte ett standardmaskhål och ett par intrasslade partiklar, utan ett traverserbart maskhål och kvantteleportation: ett protokoll som upptäcktes 1993 som gör att ett kvantsystem kan försvinna och återkomma oskadat någon annanstans.

När Maldacena läste Gao, Jafferis och walls papper, ” såg jag det som en riktigt trevlig ide, en av dessa tankar som efter att någon berättade för dig är det uppenbart,” sa han. Maldacena och två medarbetare, Douglas Stanford och Zhenbin Yang, började omedelbart utforska det nya maskhålets förgreningar för informationsparadoxen om svart hål; deras papper dök upp i April. Susskind och Ying Zhao från Stanford följde detta med ett papper om maskhålteleportation i Juli. Maskhålet ”ger en intressant geometrisk bild för hur teleportering händer”, sa Maldacena. ”Meddelandet går faktiskt genom maskhålet.”

Leave a Reply