ДЕНВЕР. Исследователи разработали новый, невероятно опасный и невероятно медленный способ пересечения вселенной. Он включает в себя червоточины, связывающие специальные черные дыры, которые, вероятно, не существуют. И это могло бы объяснить, что на самом деле происходит, когда физики квантово-телепортируют информацию из одной точки в другую - с точки зрения телепортированной части информации.
Даниэль Джафферис, физик из Гарвардского университета, описал предложенный метод в своем выступлении 13 апреля на собрании Американского физического общества. Этот метод, сказал он своим собравшимся коллегам, включает две черные дыры, которые запутаны так, что они связаны между собой в пространстве и времени.
Что за червоточина?
Их идея решает давнюю проблему: когда что-то входит в червоточину, для выхода с другой стороны требуется отрицательная энергия. (При нормальных обстоятельствах форма пространства-времени на выходе из червоточины не позволяет пройти сквозь него. Но вещество с отрицательной энергией теоретически может преодолеть это препятствие.) Но ничего в физике гравитации и пространства-времени - физика, которая описывает червоточины - учитывает эти виды импульсов отрицательной энергии. Так что червоточины на самом деле невозможно пройти.
«Это просто связь в космосе, но, если вы попытаетесь пройти через нее, она разрушится слишком быстро, поэтому вы не сможете пройти через нее», - сказал Джафферис Live Science после своего выступления.
Эта более старая модель червоточины восходит к статье Альберта Эйнштейна и Натана Розена, опубликованной в Physical Review в 1935 году. Два физика поняли, что при определенных обстоятельствах теория относительности будет диктовать, что пространство-время будет искривляться настолько сильно, что своего рода туннель (или «мост») сформировал бы соединение двух отдельных точек
Физики написали статью частично, чтобы исключить возможность появления черных дыр во вселенной. Но спустя десятилетия, когда физики поняли, что черные дыры существуют, стандартное изображение червоточины стало туннелем, в котором два отверстия выглядят как черные дыры. Однако, согласно этой идее, такой туннель, скорее всего, никогда не будет существовать во вселенной естественным образом, и если бы он существовал, он бы исчез, прежде чем что-то проходило через него. В 1980-х годах физик Кип Торн писал, что что-то могло бы пройти через эту червоточину, если бы какая-то отрицательная энергия применялась, чтобы удерживать червоточину открытой.
Квантовая запутанность
Яфферис, вместе с физиком Гарварда Пинг Гао и физиком Стэнфорда Ароном Уоллом, разработали способ применения версии отрицательной энергии, основанной на идее из совершенно другой области физики, называемой запутанностью.
Запутанность происходит из квантовой механики, а не относительности. Еще в 1935 году Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен опубликовали еще одну статью в «Физическом обзоре», в которой показано, что согласно правилам квантовой механики частицы могут «коррелировать» друг с другом, так что поведение одной частицы напрямую влияет на поведение другой.
Эйнштейн, Подольский и Розен думали, что это доказало, что что-то не так с их идеями квантовой механики, потому что это позволит информации перемещаться быстрее, чем скорость света между двумя частицами. Теперь физики знают, что запутанность реальна, и квантовая телепортация является почти обычной частью физических исследований.
Вот как работает квантовая телепортация: запутайте две легкие частицы, A и B. Затем дайте B своему другу, чтобы он перенесся в другую комнату. Затем разбейте третий фотон C с фотоном A. Он запутывает A и C и разрушает запутанность между A и B. Затем вы можете измерить объединенное состояние A и C, которое отличается от исходных состояний A, B или C - и сообщите результаты комбинированных частиц вашему другу в соседней комнате.
Не зная состояния B, ваш друг может затем использовать эту ограниченную информацию, чтобы манипулировать B, чтобы получить частицу состояния C, которая была в начале процесса. Если она измерит B, она узнает исходное состояние C, и никто не скажет ей. Информация о частице C функционально телепортируется из одной комнаты в другую.
Это полезно, потому что он может действовать как своего рода код без взлома для отправки сообщений из одной точки в другую.
И запутывание - это не просто свойство отдельных частиц. Более крупные объекты тоже могут запутаться, хотя совершенное запутывание между ними гораздо сложнее.
Запутанные черные дыры могут транспортировать вас
Еще в 1935 году физики, пишущие эти документы, не подозревали, что червоточины и запутанность были связаны, сказал Джафферис. Но в 2013 году физики Хуан Мальдасена и Леонард Сасскинд опубликовали статью в журнале «Прогресс в физике», в которой связывают две идеи. Они утверждали, что две совершенно запутанные черные дыры будут действовать как червоточина между их двумя точками в пространстве. Они назвали идею «ER = EPR», потому что она связала бумагу Эйнштейна-Розена с бумагой Эйнштейна-Подольского-Розена.
На вопрос, действительно ли во вселенной могут существовать две полностью запутанные черные дыры, Яфферис ответил: «Нет, нет, конечно, нет».
Дело не в том, что ситуация физически невозможна. Он слишком точен и огромен для нашей грязной вселенной. Изготовление двух совершенно запутанных черных дыр было бы похоже на выигрыш в лотерею, вероятность которых в миллионы раз меньше.
И если бы они существовали, сказал он, они потеряли бы свою идеальную корреляцию, как только какой-нибудь третий объект взаимодействовал с одним из них.
Но если так или иначе такая пара будет существовать где-то, то метод Джаффериса, Гао и Уолла может сработать.
Их подход, впервые опубликованный в «Журнале физики высоких энергий» в декабре 2017 года, выглядит следующим образом: бросьте своего друга в одну из запутанных черных дыр. Затем измерьте так называемое излучение Хокинга, исходящее от черной дыры, которое кодирует некоторую информацию о состоянии этой черной дыры. Затем перенесите эту информацию во вторую черную дыру и используйте ее для манипулирования второй черной дырой. (Это может быть так же просто, как сбросить пучок излучения Хокинга из первой черной дыры во вторую.) Теоретически, ваша подруга должна выскочить из второй черной дыры точно так же, как она вошла в первую.
С его точки зрения, сказал Джафферис, она бы нырнула в червоточину. И когда она приблизилась к сингулярности на ее шее, она испытала бы «импульс» отрицательной энергии, который вытолкнул бы ее с другой стороны.
Этот метод не особенно полезен, сказал Джафферис, потому что он всегда будет медленнее, чем просто физическое перемещение расстояния между двумя черными дырами. Но это наводит на мысль о вселенной.
Джафферис сказал, что с точки зрения передачи некоторой информации между запутанными частицами может происходить нечто подобное. По его словам, в масштабе отдельных квантовых объектов не имеет смысла говорить о искривлении пространства-времени для создания червоточины. Но включите еще несколько частиц в смесь для немного более сложной части квантовой телепортации, и внезапно модель червоточины приобретает большой смысл. По его словам, есть убедительные доказательства того, что эти два явления связаны между собой.
Он также настоятельно предполагает, сказал он, что информация, потерянная для черной дыры, может пойти куда-нибудь, где ее можно было бы однажды восстановить.
Если завтра вы попадете в черную дыру, сказал он, все надежды не потеряны. Достаточно развитая цивилизация может быть способна масштабировать вокруг Вселенной, собирая все излучение Хокинга, испускаемое из черной дыры, когда оно медленно испаряется в течение эонов, и сжимая это излучение в новую черную дыру, запутанную во времени с оригиналом. Как только эта новая черная дыра возникла, возможно, вам удастся ее извлечь.
По словам Джеффериса, теоретические исследования этого метода перемещения между черными дырами продолжаются. Но цель состоит в том, чтобы понять фундаментальную физику, а не спасти черную дыру. Так что, возможно, лучше не рисковать.
