|
Связь между запутанными частицами и червоточинами
|
|
|
|
Квантовая запутанность — это физический процесс, посредством которого пары частиц соединяются и остаются таковыми, даже если их разделяют огромные расстояния. Это удивительное явление оказалось в центре внимания многочисленных исследований из-за его загадочной природы и многообещающих практических применений. Бен Кейн, исследователь из Колледжа Святого Креста, недавно представил модель, основанную на моделировании, которая обрисовывает в общих чертах возможную связь между запутанными частицами и червоточинами, гипотетическими связями между отдаленными областями пространства-времени. Его модель, представленная в журнале Physical Review Letters, представляет собой конкретную основу, которую можно использовать для проверки и изучения последних теорий, представленных физиками Хуаном Малдасеной и Леонардом Сасскиндом.
|
|
|
|
«В 2019 году я изучал нечто, называемое звездами Дирака», — рассказал Кейн Phys.org. «Фермионы, которые описываются уравнением Дирака, в сочетании с общей теорией относительности имеют звездообразные решения, в которых фермионы могут сохранять свою конфигурацию посредством гравитационного взаимодействия. Замечу, что традиционные описания звезд, которые, конечно, наполнены фермионы не полностью объясняют общую теорию относительности». С помощью двух студентов Колледжа Святого Креста Кейн ранее написал код, который позволил бы ему моделировать звезды Дирака. Несколько лет назад другие исследователи обнаружили, что, когда эти системы Дирака содержат электрический заряд, они могут содержать червоточины.
|
|
|
Червоточины — это решения уравнений гравитационного поля Эйнштейна, которые можно представить как туннели с двумя концами, расположенными в отдаленных местах и/или в разные моменты времени. В недавних работах, намекающих на то, что звезды Дирака с электрическими зарядами имеют решения в виде червоточин, предполагалось, что червоточины можно пройти, а это означает, что частицы могут перемещаться с одной стороны на другую. «Я подумал, что было бы очень интересно смоделировать эту червоточину и подтвердить, можно ли ее пройти», — сказал Кейн. «Система Дирака, на которой я сосредоточился, использует два фермиона (т.е. две частицы, которые подчиняются принципу исключения Паули). Мои симуляции требуют, чтобы система была сферически симметричной, поскольку это облегчает решение. Чтобы быть сферически симметричной, полная угловой момент системы должен быть равен нулю. Это приводит к тому, что два фермиона должны находиться в состоянии, называемом «синглетным состоянием», которое запутывает частицы».
|
|
|
|
Примерно десять лет назад физики Малдасена и Сасскинд выдвинули идею о том, что запутанные частицы соединяются червоточинами. Это смелая и радикальная гипотеза, поскольку она предлагает гравитационное объяснение (т. е. червоточин) квантово-механического явления (т. е. запутанности). «Запутывание требует связи со скоростью, превышающей скорость света, хотя люди не могут использовать эту связь со скоростью, превышающей скорость света, для отправки друг другу сообщений со скоростью, превышающей скорость света», — объяснил Кейн. «Малдасена и Сасскинд предположили, что эта связь со скоростью, превышающей скорость света, может происходить через червоточину. Они также предположили, что червоточина должна быть непроходимой (т. е. люди не могут путешествовать через нее), чтобы люди не могли использовать система для отправки сообщений быстрее скорости света».
|
|
|
|
В своей недавней статье Кейн представил новую модель, которая может помочь изучить гипотезу Малдасены и Сасскинда. Эта модель основана на моделировании двух запутанных фермионов, соединенных червоточиной. Запустив это моделирование, Кейн обнаружил, что в этом сценарии быстро образуются черные дыры, покрывающие оба конца червоточины. Эти черные дыры в конечном итоге делают червоточину непроходимой, а это означает, что ничто не может пройти через нее и достичь другого конца. «Поскольку модель описывает два запутанных фермиона, соединенных непроходимой червоточиной, это конкретная модель для изучения гипотезы Малдасены и Сасскинда», — сказал Кейн. «Они назвали свою гипотезу ER = EPR. ER означает мост Эйнштейна-Розена, что было первым названием червоточины. EPR означает Эйнштейна-Подольского-Розена, которые были первыми людьми, изучавшими запутанные частицы. Модель, которую я изучал таким образом, является конкретным примером ER = EPR».
|
|
|
|
В этой недавней статье представлена новая модель для исследования возможной связи между квантовой запутанностью и червоточинами. Кейн надеется, что, изучая его модель дальше, исследователи смогут определить, верна ли гипотеза Малдасены и Сасскинда, а также определить, как червоточина может способствовать общению со скоростью, превышающей скорость света, что является ключевым требованием запутанности. «Одна из идей, которые у меня есть для будущих работ, — расширить моделирование, чтобы позволить материи перемещаться на одну сторону червоточины и, следовательно, в черную дыру, а также путешествовать через червоточину», — добавил Кейн. «Мне интересно, как это может повлиять на систему».
|
|
|
|
Источник
|
