Зв’язок між теоріями Ейнштейна – міст Ейнштейна-Розена (червоточина) і парадокс Ейнштейна-Подольського-Розена (заплутані частинки) – давно інтригував фізиків. Нове дослідження показує, що у застосуванні до чорних дір цей зв’язок є набагато складнішим і нерівним, ніж вважалося раніше, що призводить до того, що дослідники називають «гусеничними червоточинами».
Квантова заплутаність і чорні діри: теоретичний зв’язок
У 2013 році Хуан Малдасена та Леонард Саскінд запропонували переконливу ідею: квантова заплутаність між двома частинками та існування червоточин може бути математично еквівалентним при розгляді чорних дір. Це свідчить про те, що дві чорні діри, нерозривно пов’язані квантовим зв’язком, потенційно можуть створити тунель у просторі-часі.
Однак недавнє дослідження під керівництвом Брайана Свінґла з Університету Брандейса додало нюансів цьому розумінню. Проаналізувавши групу заплутаних чорних дір, Свінгл і його команда виявили, що зв’язок не завжди гладкий і передбачуваний; замість цього він має нерівну структуру, наповнену речовиною.
Розкриття структури внутрішньої частини чорних дір
Вивчення цих червоточин дає унікальну можливість вивчити внутрішню структуру чорних дір. Ці інтер’єри залишаються таємничими через величезні сили тяжіння, що діють у них, що ускладнює їхнє безпосереднє вивчення. Цікаво, що математичні моделі показують, що розмір внутрішньої частини чорної діри корелює з її складністю — наскільки вона складна на фундаментальному квантовому рівні. Команда Свінґла розширила цю логіку, щоб вивчити, чи застосовний подібний принцип до червоточин, що з’єднують пари чорних дір.
Складні обчислення: імітація реальності за допомогою квантової фізики та гравітації
Повне розуміння заплутаності чорних дір вимагало б єдиної теорії квантової гравітації, теорії, яка зараз вислизає від фізиків. Натомість команда Свінґла використала модель, яка долає розрив між квантовою фізикою та гравітацією, пропонуючи розуміння, визнаючи її незавершеність.
Будова «гусениці»: матерія, довжина та квантовий випадок
Розрахунки команди виявили пряму залежність між кількістю мікроскопічного квантового випадкового шуму, що міститься в червоточині, та її геометричною довжиною. Їх результати показали, що ці червоточини навряд чи будуть ідеально гладкими. Вони, швидше за все, містять нерівності, що складаються з речовини, характеристика, яка призвела до аналогії з «гусеницею». Це контрастує з результатом 2013 року, який може застосовуватися до конкретних, менш поширених сценаріїв, коли заплутаний стан чорних дір призводить до безперебійного зв’язку.
Нове дослідження доповнює розуміння заплутаних чорних дір, але ще не описує найпоширеніший випадок такого заплутання.
— Дональд Марольф, Каліфорнійський університет, Санта-Барбара
Сфери досліджень: квантові обчислення та глибше розуміння
Дональд Марольф з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі зазначає, що хоча дослідження є цінним, воно ще не описує найбільш типовий сценарій заплутаності. Величезна кількість теоретично можливих станів чорної діри — у багато разів перевищує кількість чорних дір у Всесвіті — підкреслює необхідність подальших теоретичних досліджень для визначення найбільш ймовірного зв’язаного стану пари чорних дір.
У майбутньому Свінґл пропонує використовувати квантові комп’ютери для моделювання цих космічних чорних дір і «гусениць червоточини». Підхід команди, який поєднує квантову фізику та гравітацію, вказує на можливість того, що дедалі потужніші квантові комп’ютери можуть запропонувати розуміння як квантової теорії, так і нових концепцій, пов’язаних із гравітацією. Крім того, вивчення таємниць гравітації потенційно може надихнути на інноваційні алгоритми квантового обчислення.
На завершення це дослідження проливає світло на складну природу червоточин, що з’єднують заплутані чорні діри, виявляючи потенційно нерівну структуру, наповнену матерією. Хоча повна теорія квантової гравітації залишається недосяжною, поточні дослідження, включаючи потенційне використання квантових комп’ютерів, обіцяють поглибити наше розуміння цих захоплюючих космічних зв’язків і таємничих внутрішніх структур чорних дір.
