Fizikçiler “Einstein-Rosen Tırtıllarının” Kara Deliklerin İçinde Saklanıyor Olabileceğini Keşfetti

Albert Einstein ve Nathan Rosen ilk kez dünyanın uzak kısımlarını birbirine bağlayan "köprüler" hayal ettiklerinde uzay zamanımuhtemelen kuantum karmaşıklığıyla kıvranacaklarını hiç düşünmemişlerdi.

Ancak yeni bir teorik çalışmaya göre, bu tam olarak evrendeki en yaygın şey. kara delikler "Einstein-Rosen tırtılları" olarak adlandırılan yarı klasik solucan deliklerinin geniş, karmaşık ağlarını içerebilir.

İçinde araştırma şurada yayınlandı Fiziksel İnceleme MektuplarıInstituto Balseiro'dan fizikçiler Dr. Javier M. Magán, Dr. Martin Sasieta ve Brandeis Üniversitesi'nden Dr. Brian Swingle, tipik kara deliklerin içlerinin pürüzsüz, simetrik tüneller değil, kuantum dolaşıklığın genişleyen, kaotik labirentleri olduğunu gösteren çığır açan bir model sunuyor.

Bulguları şu cesur fikri genişletiyor: solucan delikleriUzay-zamandaki teorik tüneller aslında kuantum dolanıklığın, yani parçacıkların geniş mesafeler boyunca birbirlerini anında etkilemesine olanak tanıyan gizemli bağlantının fiziksel tezahürleri olabilir.

Araştırmacılar, "Eyaletler çok uzun Einstein-Rosen tırtılları içeriyor: çok sayıda madde homojensizliğine sahip yarı klasik solucan delikleri" diye yazıyor. "Bu toplulukları kara deliklerin tipik dolaşık durumlarından ayırmak zordur."​

Einstein-Rosen köprülerini (solucan deliklerini) Einstein-Podolsky-Rosen'e bağlayan ER = EPR fikri, on yıl önce fizikçiler Dr. Juan Maldacena ve Dr. Leonard Susskind tarafından önerildi. kuantum dolaşıklığı- cesur bir iddiada bulunuyor: uzay-zamanın dokusu ve dolaşmış parçacıklar arasındaki görünmez bağlantıların aslında aynı temel gerçekliğin iki ifadesi olduğu.

Basit bir ifadeyle, ne zaman iki parçacık, hatta iki parçacık kara delikler- kuantum olarak dolanık hale gelirlerse, Einstein-Rosen köprüsü olarak bilinen küçük, gizli bir solucan deliği ile birbirlerine bağlanmış olabilirler.

Hiçbir şey bu köprüden geçemez, ancak bilgi ve geometrinin gerçekliğin en derin düzeylerinde nasıl bağlantılı olabileceğine dair düşünmenin çarpıcı bir görsel yolunu sunuyor.

Geleneksel olarak bu köprü, mükemmel termal dengede iki özdeş kara deliği temsil eden matematiksel bir yapı olan, ince ayarlı bir "termofield double" (TFD) durumuyla modellenir.

Ancak yazarların belirttiği gibi TFD "oldukça alışılmadık" bir yapıdadır. Gerçek kara delikler dağınıktır ve etraflarındaki parçacıkların ve radyasyonun kaotik hareketi nedeniyle sürekli olarak bozulur.

Yeni çalışma daha derin bir soru soruyor: İki kara delik arasındaki tipik bir dolaşıklık durumu gerçekte neye benziyor?

Araştırmacıların cevabı çok daha tuhaf bir tablo çiziyor. Ekip, gelişmiş matematiksel toplulukları ve rastgele kuantum devrelerini kullanarak, kara deliklerin yumuşak, öngörülebilir kuvvetler tarafından değil, doğanın kendisini daha fazla yansıtan gürültülü, rastgele dinamikler tarafından yönlendirildiğinde nasıl geliştiğini modelledi.

Bu sistemler geliştikçe iç kısımları düzenli solucan deliği tünelleri olarak kalmıyor; uzun, düzensiz ve engebeli geometrilere dönüşüyorlar. Araştırmacılar bu matematiksel yapılara “Einstein-Rosen tırtılları” adını verdiler.

Bilim kurguda sıklıkla görselleştirilen basit, simetrik solucan deliklerinin aksine, Einstein-Rosen tırtılları son derece düzensizdir. Yoğun kuantum dolaşıklık ağlarıyla birbirine dikilmiş uzay-zamanın dalgalanan bölgelerinden oluşurlar. Her çarpma veya bozulma, yerel homojenliklere, yani iç geometriyi oluşturan kuantum alanlarındaki küçük değişikliklere karşılık gelir.

Araştırmacıların modelinde, bu solucan delikleri birbirine dolanmış parçacıklar topluluğundan doğal olarak ortaya çıkıyor. kara delik devletler. Bir kara delik sistemi rastgele dinamikler altında ne kadar uzun süre evrilirse, solucan deliği de o kadar uzun ve karmaşık hale gelir.

Yeterince geç zamanlarda, bu solucan delikleri istatistiksel olarak yazarların "tipik denge dolanık durumları" olarak adlandırdıkları şeye, yani evrendeki iki kara deliğin en olası konfigürasyonlarına benzemektedir.

En önemlisi, makale bu ilişkiyi ölçmektedir. Ekip, bir solucan deliğinin geometrik uzunluğunun, altta yatan durumun kuantum rastgeleliği (veya karmaşıklığı) derecesi ile arttığını gösteren, "uzunluk-rastgelelik uyumu" adını verdikleri şeyi elde etti. Bu, kuantum yerçekiminde uzun süredir şüphelenilen, karmaşıklığın geometriye eşit olduğu ilkesini resmileştiriyor.

Araştırmacılar, "Bunu, mikroskobik kuantum rastgelelik kavramı ile solucan deliğinin geometrik uzunluğu arasındaki uyumu türeterek ölçüyoruz" diye yazıyor. "Bu, 'karmaşıklık = geometri' ilişkisini resmileştiriyor."

Daha basit bir ifadeyle, iki kara delik arasındaki kuantum bilgisi ne kadar karmaşık olursa, onları birbirine bağlayan solucan deliği de o kadar uzun ve karmaşık hale gelir.

Araştırmacılar, Einstein-Rosen tırtıl solucan delikleri olarak adlandırılan bu solucan deliklerini inşa ederek, tipik bir kara deliğin içinin nasıl görünebileceğini hayal etmenin somut bir yolunu sunuyor. Pürüzsüz ya da mükemmel bir şekilde düzenli olmaktan ziyade, iç kısmı istatistiksel olarak rastgele ve dinamik olarak karmaşık görünüyor; kuantum dolaşıklığın kendisi tarafından şekillendirilen kaotik bir geometri.

Bu bulgular, kuantum sistemlerinin görünen kaosu içinde bile, uzay zamanı Geometri, sürekli olarak dolaşıklıktan ortaya çıkan sağlam bir özellik olmaya devam ediyor.

Bu, tipik kara delik iç mekanlarının yarı klasik olamayacağı yönündeki uzun süredir devam eden argümanlara meydan okuyor; rastgele kuantum durumlarının "güvenlik duvarlarına" veya olay ufku yakınında şiddetli uzay-zaman kırılmalarına yol açtığını iddia edenler. Yazarlar bunun yerine modellerinin bu sınırların çok ötesinde pürüzsüz, genişletilmiş iç mekanları koruduğunu savunuyorlar.

Araştırmacılar, "Bu Mektupta oluşturulan tırtıl toplulukları, düşük enerjili maddelerle ilgili herhangi bir yerçekimi teorisinde kara delik Hilbert uzayının genel yapısına bir pencere açıyor" diye yazıyor. "Yapı ve ana sonuç, ER = EPR'nin çok daha genel bir biçimini destekliyor ve tipik iç mekanların yarı klasikliğine karşı argümanlarla bir miktar gerilim içinde görünüyor."

Başka bir deyişle çalışma, en rastgele, yüksek belirsizlikli kara deliklerin bile tutarlı uzay-zaman iç mekanlarına sahip olabileceğini öne sürüyor. Karmaşık ve kaotik olabilirler ama yok edilmezler.

Bulgular aynı zamanda modern fiziğin en kafa karıştırıcı sorunlarından birine de değiniyor: kara delik güvenlik duvarı paradoksu. Özünde, kuantum mekaniğinin kuralları ile genel göreliliğin öngörüleri arasındaki derin çatışmayı temsil ediyor.

Kuantum teorisi, bilginin bir kara deliğe düşse bile asla gerçekten kaybolmayacağını öne sürüyor. Ancak Einstein'ın teorisi genel görelilik olay ufkunu geçmenin olaysız olması, ani bir enerji patlaması veya yıkım olmaması gerektiğinde ısrar ediyor.

Bu iki fikri uzlaştırmak bir ikileme yol açıyor: Eğer bilgi korunursa, o zaman ufuk, içinden geçmeye çalışan her şeyi yakıp kül eden alev alev yanan bir radyasyon duvarına (bir "güvenlik duvarı") dönüşmek zorunda kalabilir.

Ancak Einstein-Rosen tırtıl modeli, güvenlik duvarı olan ve olmayan kara delikler arasındaki ayrımın o kadar ince olabileceğini ve pratikte farkı anlamanın imkansız olabileceğini öne sürüyor.

Bu solucan deliği toplulukları, fizikçilerin kuantum durum k-tasarımları adını verdikleri şeyi, yani birçok ölçüm düzeyine kadar istatistiksel olarak aynı görünen durum koleksiyonlarını oluşturur. Bu nedenle yazarlar, belirli bir rastgelelik düzeyinin ötesinde, bir kara deliğin güvenlik duvarına sahip olup olmadığını sormanın temelde anlamsız hale gelebileceğini öne sürüyorlar.

Araştırmacılar, "Güvenlik duvarı olan durumları olmayanlardan ayırmanın son derece zor olduğunu" belirtiyor. "Aslında, sonucumuzu üstel olarak büyük k değerlerine çıkarabilseydik, ayırt edilemezlik o kadar güçlü olurdu ki, bir devletin güvenlik duvarına sahip olup olmadığı sorusu anlamsız hale gelebilir."

Bu bakış açısı tartışmayı tamamen yeniden çerçeveliyor. Güvenlik duvarlarını fiziksel sınırlar olarak ele almak yerine, bir kara deliğin içi hakkında bilinebilecek şeylerin istatistiksel sınırlarını temsil edebilirler.

Umut verici bir sonuç olarak araştırmacılar, soyut matematiklerinin bir gün gerçek dünya deneylerine ilham verebileceğini ima ediyor.

Kuantum simülasyonundaki son gelişmeler ve “laboratuvarda kuantum yerçekimi" süper iletken devreler ve dolaşmış kübitler kullanarak kara delik fiziğini taklit etmenin yollarını zaten göstermişti.

Araştırmacılar, solucan deliği yapılarının en sonunda seçim sonrası veya sanal zaman evrimi için tasarlanmış kuantum algoritmaları kullanılarak uygulanabileceğini öne sürüyor.

Araştırmacılar, "Kara deliğin içini doğrudan incelemenin bir yolu olarak bu durumları laboratuvarda oluşturmak ve incelemek ilginç olurdu" diyor.

Bu tür deneyler mümkün olursa, bilim insanları ilk kez bir kuantum bilgisayar içinde oluşan ve gelişen kara delik içlerinin analoglarını gözlemleyebilecek ve uzay-zamanın temellerini test etmeye daha da yaklaşabilecekler.

Sonuçta “Einstein-Rosen tırtılları” kavramı kulağa biraz komik gelebilir. Ancak teori geometrinin, yerçekiminin ve hatta belki de zamanın akışının kuantum bilgisinin daha derin katmanlarından ortaya çıktığı görüşünü güçlendiriyor.

Bu varsayımsal solucan deliklerindeki her düzensizlik, ölçülebilir kuantum rastlantısallık modellerini yansıtıyor ve evrenin yapısının en temel bağlantılardan nasıl ortaya çıktığını keşfetmek için yeni bir çerçeve sunuyor.

Tim McMillan emekli bir kolluk kuvveti yöneticisi, araştırmacı muhabir ve The Debrief'in kurucu ortağıdır. Yazıları genellikle savunma, ulusal güvenlik, İstihbarat Topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanmaktadır. Tim'i Twitter'da takip edebilirsiniz: @LtTimMcMillan. Tim'e e-posta yoluyla ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e-posta yoluyla: [email protected]