Souvislost mezi Einsteinovými teoriemi – Einstein-Rosenův most (červí díry) a Einstein-Podolsky-Rosenův paradox (zapletené částice) – přitahovala fyziky již dlouho. Nový výzkum ukazuje, že při aplikaci na černé díry je tento vztah mnohem složitější a zubatější, než se dříve myslelo, což vede k tomu, co výzkumníci nazývají „housenkové červí díry“.
Kvantové propletení a černé díry: teoretické spojení
V roce 2013 Juan Maldacena a Leonard Susskind navrhli přesvědčivou myšlenku: kvantové propletení mezi dvěma částicemi a existence červích děr by mohly být matematicky ekvivalentní, když uvažujeme o černých dírách. To naznačuje, že dvě černé díry, neoddělitelně spojené kvantovou vazbou, by mohly potenciálně vytvořit tunel prostoročasem.
Nedávný výzkum vedený Brianem Swinglem na Brandeis University však tomuto chápání dodal nuance. Analýzou skupiny propletených černých děr Swingle a jeho tým zjistili, že spojení není vždy hladké a předvídatelné; místo toho má nerovnoměrnou, hmotou naplněnou strukturu.
Odhalení struktury nitra černých děr
Studium těchto červích děr poskytuje jedinečnou příležitost studovat vnitřní strukturu černých děr. Tyto vnitřky zůstávají záhadné kvůli obrovským gravitačním silám, které v nich působí, takže je obtížné je přímo studovat. Je zajímavé, že matematické modely naznačují, že velikost vnitřku černé díry koreluje s její složitostí – jak sofistikovaná je na základní kvantové úrovni. Swingleův tým rozšířil tuto logiku, aby studoval, zda podobný princip platí pro červí díry spojující páry černých děr.
Komplexní výpočty: Simulace reality pomocí kvantové fyziky a gravitace
Úplné pochopení propletení černých děr by vyžadovalo jednotnou teorii kvantové gravitace, teorii, která v současnosti fyzikům uniká. Místo toho Swingleův tým použil model, který překlenuje propast mezi kvantovou fyzikou a gravitací, nabízí vhledy a zároveň uznává jeho neúplnost.
Struktura „housenky“: hmota, délka a kvantový případ
Výpočty týmu odhalily přímý vztah mezi množstvím mikroskopického kvantového náhodného šumu obsaženého v červí díře a její geometrickou délkou. Jejich výsledky ukázaly, že tyto červí díry pravděpodobně nebudou dokonale hladké. Je pravděpodobnější, že obsahují hrbolky tvořené hmotou, což je vlastnost, která vedla k analogii s „housenkou“. To je v kontrastu s výsledkem z roku 2013, který se může vztahovat na specifické, méně obvyklé scénáře, kdy propletený stav černých děr vede k hladké komunikaci.
Nová studie přispívá k pochopení propletených černých děr, ale zatím nepopisuje nejčastější případ takového zapletení.
— Donald Marolf, Kalifornská univerzita, Santa Barbara
Oblasti výzkumu: Quantum Computing a hlubší porozumění
Donald Marolf z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře poznamenává, že i když je výzkum cenný, zatím nepopisuje nejtypičtější scénář zapletení. Naprostý počet teoreticky možných stavů černých děr – mnohonásobek počtu černých děr ve vesmíru – podtrhuje potřebu dalšího teoretického výzkumu k určení nejpravděpodobnějšího vázaného stavu dvojice černých děr.
V budoucnu Swingle navrhuje použití kvantových počítačů k simulaci těchto kosmických černých děr a „housenek červích děr“. Přístup týmu, který kombinuje kvantovou fyziku a gravitaci, poukazuje na možnost, že stále výkonnější kvantové počítače by mohly nabídnout vhled jak do kvantové teorie, tak do nových konceptů souvisejících s gravitací. Studium záhad gravitace by navíc mohlo potenciálně inspirovat inovativní kvantové výpočetní algoritmy.
Závěrem lze říci, že tato studie vrhá světlo na složitou povahu červích děr spojujících zapletené černé díry a odhaluje potenciálně zubatou, hmotou naplněnou strukturu. Přestože kompletní teorie kvantové gravitace zůstává nepolapitelná, pokračující výzkum – včetně potenciálního využití kvantových počítačů – slibuje prohloubit naše chápání těchto fascinujících kosmických spojení a tajemných vnitřních struktur černých děr.
