ДЕНЬВЕР - Дослідники розробили новий, невимовно небезпечний і неймовірно повільний метод перетину Всесвіту. Він передбачає червоточину, що пов'язує спеціальні чорні діри, які, ймовірно, не існують. І це може пояснити, що відбувається насправді, коли фізики здійснюють квантово-телепортну інформацію з однієї точки в іншу - з точки зору телепортуваного біта інформації.
Даніель Джаферіс, фізик Гарвардського університету, описав запропонований метод на розмові 13 квітня тут на засіданні Американського фізичного товариства. Цей метод, за його словами, зібравшись колегам, передбачає дві чорні діри, які заплітаються так, щоб вони були пов'язані між собою простором і часом.
Що таке червоточина?
Їх ідея вирішує давню проблему: Коли щось потрапляє в червоточину, їй потрібна негативна енергія для виходу з іншої сторони. (За нормальних обставин форма простору-часу на виході з червоточини не дає змоги пройти крізь нього. Але речовина з негативною енергією теоретично могло б подолати цю перешкоду.) Але нічого у фізиці гравітації та простору-часу - фізика, яка описує червоточину, - допускає такі види імпульсів негативної енергії. Тож через глибокі отвори реально неможливо пройти.
"Це просто зв'язок у космосі, але, якщо ви спробуєте пройти через нього, він руйнується занадто швидко, щоб ви не змогли пройти через нього", - сказав Джефферс Live Science після своєї розмови.
Ця старша модель червоточини датується статтею Альберта Ейнштейна та Натана Розена, опублікованої в "Фізичному огляді" в 1935 році. Два фізики зрозуміли, що за певних обставин відносність буде диктувати, що простір-час буде кривим настільки надзвичайно, що такий собі тунель (або "міст") утворювали б з'єднання двох окремих точок.
Фізики частково написали документ, щоб виключити можливість виникнення чорних дір у Всесвіті. Але через десятиліття, коли фізики зрозуміли, що чорні діри існують, типовим зображенням червоточини стала тунель, де два отвори виглядають як чорні діри. Однак, згідно з цією ідеєю, такий, як тунель, ймовірно, ніколи не існував би природним чином у Всесвіті, і якби він існував, він би зник, перш ніж все пройшло через нього. У 1980-х фізик Кіп Торн написав, що щось може пройти через цю червоточину, якби якась негативна енергія була застосована для утримання червотокової відкритої отвори.
Квантове заплутування
Джафферіс, разом з Гарвардським фізиком Пін Гао та фізиком Стенфорда Ароном Уоллом, розробили спосіб застосувати версію негативної енергії, яка спирається на ідею із зовсім іншої галузі фізики, що називається заплутуванням.
Заплутування походить від квантової механіки, а не відносності. Ще в 1935 році Альберт Ейнштейн, Борис Подольський та Натан Розен опублікували ще один документ у "Фізичному огляді", в якому показано, що за правилами квантової механіки частинки можуть стати "співвіднесеними" між собою, таким чином, що поведінка однієї частинки безпосередньо впливає на поведінку іншої.
Ейнштейн, Подольський та Розен вважали, що це доводить щось не так з їх ідеями квантової механіки, оскільки це дозволить інформації рухатися швидше, ніж швидкість світла між двома частинками. Тепер фізики знають, що заплутаність справжнє, а квантова телепортація є майже рутинною частиною досліджень фізики.
Ось як працює квантова телепортація: Обплутайте дві частинки світла, A і B. Потім дайте B своєму другові, щоб він перейшов до іншої кімнати. Далі, розбийте третій фотон, С, проти фотона А. Він обплутує A і C і розбиває заплутаність між A і B. Потім можна виміряти комбінований стан A і C - який відрізняється від початкових станів A, B або C - і повідомте про результати об’єднаних частинок своєму другові в сусідній кімнаті.
Не знаючи про стан B, ваш друг може потім використовувати цю обмежену інформацію для маніпулювання B для отримання частинки C стану, яка мала на початку процесу. Якщо вона виміряє B, вона дізнається початковий стан C, без того, щоб хтось сказав їй. Інформація про частинку С функціонально телепортується з однієї кімнати в іншу.
Це корисно, оскільки він може діяти як своєрідний нерозбірливий код для надсилання повідомлень з однієї точки в іншу.
І заплутування - це не лише властивість окремих частинок. Більш великі об'єкти теж можуть заплутуватися, хоча ідеальне заплутування між ними набагато складніше.
Заплутані чорні діри можуть транспортувати вас
Ще в 1935 році фізики, які писали ці документи, не мали жодної думки про те, що черв'ячні отвори і заплутання пов'язані між собою, сказав Джеффер. Але в 2013 році фізики Хуан Малдасена та Леонард Сускінд опублікували документ у журналі «Прогрес у фізиці», що пов'язує дві ідеї. Дві ідеально заплутані чорні діри, вони стверджували, будуть виконувати роль червоточини між їх двома точками у просторі. Вони назвали ідею "ER = EPR", тому що вона пов'язувала папір Ейнштейна-Розена з папером Ейнштейна-Подільського-Розена.
На запитання, чи справді можуть існувати дві повністю заплутані чорні діри у Всесвіті, Джаффер сказав: "Ні, ні, звичайно, ні".
Справа не в тому, що ситуація фізично неможлива. Це просто занадто точно і величезно, щоб створити наш безладний всесвіт. Виготовити дві ідеально заплутані чорні діри було б як виграти в лотерею, лише мільйони на мільйони разів менше.
І якби вони існували, за його словами, вони втратили б свою ідеальну кореляцію в той момент, коли якийсь третій об'єкт взаємодіяв з одним із них.
Але якби якось така пара існувала, якось десь десь, тоді метод Джефферсіса, Гао та Уолла міг би спрацювати.
Їхній підхід, вперше опублікований у "Журналі фізики високих енергій" у грудні 2017 року, виглядає так: киньте свого друга в одну з заплутаних чорних дір. Потім виміряйте так зване випромінювання Хокінга, що виходить із чорної діри, яке кодує певну інформацію про стан цієї чорної діри. Потім донесіть цю інформацію до другої чорної діри і використовуйте її для маніпулювання другою чорною дірою. (Це може бути так само просто, як скидання купки випромінювання Хокінга з першої чорної діри у другу.) Теоретично ваш друг повинен вискочити з другої чорної діри саме так, як вона увійшла до першої.
З його точки зору, сказав Джаферіс, вона занурилася б у червоточину. І коли вона наблизилася до сингулярності на її шиї, вона відчула б "імпульс" негативної енергії, який би витіснив її з іншого боку.
Яферіс сказав, що цей метод не є особливо корисним, тому що він буде завжди повільніше, ніж просто фізично переміщувати відстань між двома чорними дірами. Але це щось говорить про Всесвіт.
З точки зору небагато інформації, що проходить між заплутаними частинками, сказав Джаферіс, щось подібне може відбуватися. За масштабами окремих квантових об'єктів, за його словами, не має сенсу говорити про вигин простору і часу, щоб створити червоточину. Але залучайте до суміші ще декілька частинок для трохи складнішого біту квантової телепортації, і раптом модель червоточини має багато сенсу. Тут є вагомі докази того, що два явища пов'язані між собою.
Він також настійно пропонує, за його словами, інформація, втрачена в чорну діру, може потрапити кудись, де її можна було б отримати в один прекрасний день.
Якщо завтра ви потрапите в чорну діру, за його словами, вся надія не втрачена. Досить просунута цивілізація могла б мати масштаб навколо Всесвіту, збираючи все випромінювання Хокінга, що випромінюється з чорної діри, коли воно повільно випаровується протягом еонів, і стискаючи це випромінювання у нову чорну діру, заплутанусь з оригіналом протягом часу. Як тільки з’явилася нова чорна діра, можливо, її можна буде отримати від неї.
Теоретичні дослідження цього методу переміщення між чорними дірами, сказав Джаферіс, тривають. Але мета - більше зрозуміти фундаментальну фізику, ніж виконувати рятування з чорних дір. Тож, мабуть, краще не ризикувати.
