DENVER - Forskere har udviklet en ny, ubeskrivelig farlig og utroligt langsom metode til at krydse universet. Det involverer ormehuller, der forbinder specielle sorte huller, der sandsynligvis ikke findes. Og det kan muligvis forklare, hvad der virkelig sker, når fysikere kvanteteleporterer information fra et punkt til et andet - set fra den teleporterede bit af information.
Daniel Jafferis, en fysiker fra Harvard University, beskrev den foreslåede metode på en tale den 13. april her på et møde i American Physical Society. Denne metode, fortalte han sine samlede kolleger, involverer to sorte huller, der er sammenfiltret, så de er forbundet på tværs af rum og tid.
Hvad er et ormehul?
Deres idé løser et langvarigt problem: Når noget kommer ind i et ormhul, kræver det negativ energi for at forlade den anden side. (Under normale omstændigheder gør formen af rumtid ved en ormehuls udgang det umuligt at passere. Men et stof med negativ energi kunne i teorien overvinde den hindring.) Men intet i fysikken med tyngdekraft og rumtid - fysikken, der beskriver ormehuller - giver mulighed for disse slags pulser med negativ energi. Så ormehuller er umuligt at faktisk passere igennem.
"Det er bare en forbindelse i rummet, men hvis du prøver at komme igennem det, kollapses det for hurtigt, så du ikke kan komme igennem det," fortalte Jafferis til Live Science efter hans tale.
Denne ældre model af ormhul går tilbage til et papir af Albert Einstein og Nathan Rosen, der blev offentliggjort i Physical Review i 1935. De to fysikere indså, at relativitet under visse omstændigheder ville diktere, at rumtid ville krumme så ekstremt, at en slags tunnel (eller "bro") danner sammenkædning af to separate punkter.
Fysikerne skrev delvis papiret for at udelukke muligheden for sorte huller i universet. Men i årtierne, da fysikerne indså, at sorte huller eksisterer, blev standardbillede af et ormhul en tunnel, hvor de to åbninger fremstår som sorte huller. Ifølge denne idé ville f.eks. Tunnel sandsynligvis aldrig eksistere naturligt i universet, og hvis den eksisterede, ville forsvinde, før noget passerede gennem det. I 1980'erne skrev fysikeren Kip Thorne, at noget måske kunne passere gennem dette ormehul, hvis der blev anvendt en slags negativ energi til at holde ormehullet åbent.
Kvanteforvikling
Jafferis har sammen med Harvard-fysikeren Ping Gao og Stanford-fysikeren Aron Wall udviklet en måde at anvende en version af negativ energi på, der er afhængig af en idé fra et meget andet fysikområde, kaldet sammenfiltring.
Forviklinger kommer fra kvantemekanik, ikke relativitet. Tilbage i 1935 offentliggjorde Albert Einstein, Boris Podolsky og Nathan Rosen et andet papir i Physical Review, der viser, at under kvantemekanikens regler kan partikler blive "korrelerede" med hinanden, således at adfærd af en partikel direkte påvirker en anden adfærd.
Einstein, Podolsky og Rosen mente, at dette viste sig, at der var noget galt med deres ideer om kvantemekanik, fordi det ville give information mulighed for at bevæge sig hurtigere end lysets hastighed mellem de to partikler. Nu ved fysikere, at sammenfiltring er reel, og kvanteteleportering er en næsten rutinemæssig del af fysikforskningen.
Sådan fungerer kvanteteleportering: Omvikle to lyspartikler, A og B. Giv derefter B til din ven til at tage ind i et andet rum. Dernæst bash en tredje foton, C, mod foton A. Den sammenfiltrer A og C og bryder sammenfiltringen mellem A og B. Du kan derefter måle den kombinerede tilstand A og C - som er forskellig fra de oprindelige tilstande i A, B eller C - og meddel resultaterne af de kombinerede partikler til din ven i det næste rum.
Uden at kende staten B, kan din ven derefter bruge den begrænsede information til at manipulere B til at fremstille den tilstand, partikel C havde ved starten af processen. Hvis hun måler B, lærer hun den oprindelige tilstand af C, uden at nogen fortæller hende. Oplysninger om partikel C, der er funktionelt teleporteret fra det ene rum til det næste.
Dette er nyttigt, fordi det kan fungere som en slags uknækkelig kode til at sende meddelelser fra et punkt til det næste.
Og sammenfiltring er ikke kun en egenskab af individuelle partikler. Større genstande kan også blive sammenfiltret, selvom perfekt sammenfiltring mellem dem er meget sværere.
Indviklede sorte huller kan transportere dig
Tilbage i 1935 havde fysikerne, der skrev disse papirer, ingen tegn på, at ormehuller og sammenfiltring var forbundet, sagde Jafferis. Men i 2013 offentliggjorde fysikere Juan Maldacena og Leonard Susskind et papir i tidsskriftet Progress in Physics, der forbinder de to ideer. To perfekt sammenfiltrede sorte huller, hævdede de, ville fungere som et ormehul mellem deres to punkter i rummet. De kaldte ideen "ER = EPJ," fordi den forbandt Einstein-Rosen-papiret med Einstein-Podolsky-Rosen-papiret.
På spørgsmålet om to fuldt sammenfiltrede sorte huller virkelig kunne eksistere i universet, sagde Jafferis: "Nej, nej, bestemt ikke."
Det er ikke sådan, at situationen er fysisk umulig. Det er bare for præcist og enormt til vores rodede univers at producere. At fremstille to perfekt sammenfiltrede sorte huller ville være som at vinde lotteriet, kun zillioner på zillioner gange mindre sandsynlige.
Og hvis de eksisterede, sagde han, ville de miste deres perfekte sammenhæng i det øjeblik en tredje genstand interagerede med en af dem.
Men hvis der på en eller anden måde skulle eksistere et sådant par på en eller anden måde et eller andet sted, ville Jafferis, Gao og Walls metode muligvis fungere.
Deres tilgang, der først blev offentliggjort i The Journal of High Energy Physics i december 2017, går sådan: Kast din ven ind i et af de sammenfiltrede sorte huller. Derefter måles den såkaldte Hawking-stråling, der kommer ud af det sorte hul, som koder for nogle oplysninger om det sorte huls tilstand. Derefter bringes denne information videre til det andet sorte hul og brug dem til at manipulere det andet sorte hul. (Dette kan være så simpelt som at dumpe en masse Hawking-stråling fra det første sorte hul i det andet.) I teorien skulle din ven springe ud af det andet sorte hul nøjagtigt, da hun kom ind i det første.
Fra hans perspektiv, sagde Jafferis, ville hun have dykket ned i et ormhul. Og da hun nærmet sig singulariteten ved dens hals, ville hun have oplevet en "puls" af negativ energi, der ville have drevet hende ud på den anden side.
Metoden er ikke særlig nyttig, sagde Jafferis, fordi den altid ville være langsommere end bare fysisk at flytte afstanden mellem de to sorte huller. Men det antyder noget om universet.
Fra perspektivet om en smule information, der passerer mellem sammenfiltrede partikler, sagde Jafferis, kunne noget lignende ske. På skalaen fra individuelle kvanteobjekter, sagde han, er det ikke rigtig fornuftigt at tale om rum-tid krumning for at producere et ormehul. Men involver et par flere partikler i blandingen for en lidt mere kompleks bit af kvanteteleportering, og pludselig giver ormhullemodellen meget mening. Der er stærke bevis her, sagde han, at de to fænomener er forbundet.
Det antyder også stærkt, sagde han, at oplysninger, der mistes for et sort hul, kunne gå et sted, hvor de en dag kunne hentes.
Hvis du falder ned i et sort hul i morgen, sagde han, er alt håb ikke tabt. En tilstrækkelig avanceret civilisation kunne muligvis zoome rundt i universet og samle al den Hawking-stråling, der udsendes fra det sorte hul, da det langsomt fordampede over eoner og komprimere denne stråling i et nyt sort hul, sammenfiltret med originalen på tværs af tiden. Når det nye sorte hul opstod, kan det være muligt at hente dig fra det.
Teoretisk forskning i denne metode til at bevæge sig mellem sorte huller, sagde Jafferis, pågår. Men målet er mere at forstå grundlæggende fysik end at udføre redninger i sort hul. Så måske er det bedst ikke at risikere det.
