Στις 30/11, μια ομάδα ερευνητών που προσομοίωσε μια «σκουληκότρυπα» στον κβαντικό υπολογιστή Sycamore 2 της Google, παρουσίασε τα αποτελέσματά της στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό “Nature”, σε μια ίσως ιστορική δημοσίευση που αξίζει να γράψουμε ένα ξεχωριστό άρθρο για αυτήν! Ας εξηγήσουμε όμως τι σημαίνουν όλα αυτά, με όσο γίνεται απλό και σύντομο τρόπο, και γιατί είναι σημαντικά.
«Σκουληκότρυπα» είναι ένας απλοϊκός όρος που χρησιμοποιείται συχνά σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας (π.χ. Interstellar, Contact, κ.α.), για μια «γέφυρα Einstein – Rosen» (ER). Μια τέτοια «γέφυρα ER», της οποίας η ύπαρξη, αν και δεν έχει ανιχνευτεί μέχρι σήμερα, επιτρέπεται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, μπορεί να συνδέει δυο απομακρυσμένα σημεία του δικού μας Σύμπαντος ή ένα σημείο του δικού μας Σύμπαντος με ένα σημείο σε άλλο Σύμπαν. Αποτελεί μια «χωροχρονική παράκαμψη», με αποτέλεσμα, αν κάποιος, υποθετικά, μπορούσε να ταξιδέψει μέσα από μια τέτοια «γέφυρα», θα έφτανε πολύ γρηγορότερα στον προορισμό του, από ό,τι μέσω της «συμβατικά γρηγορότερης» διαδρομής. Αυτού του είδους οι «γέφυρες» προτάθηκαν από τους Einstein και Rosen το 1935 και για αυτό έχουν και το όνομά τους.
Αυτό που επιχειρήθηκε (και στέφθηκε με επιτυχία) από τους ερευνητές, ήταν η προσομοίωση μιας τέτοιας «γέφυρας» στον κβαντικό υπολογιστή Sycamore 2 της Google. Εφόσον, φυσικά, δεν μπορούμε να επιχειρήσουμε να κατασκευάσουμε βαρυτικά μια αληθινή «σκουληκότρυπα» μέσω της σύνδεσης δυο μελανών οπών ή με άλλο αντίστοιχο τρόπο, μπορούμε να καταφύγουμε στο «κβαντικό ανάλογο» που είναι η κβαντική «διεμπλοκή» ή «σύζευξη» ή «σύμπλεξη» (quantum entanglement) δυο σωματιδίων. Γιατί μπορούμε να το κάνουμε αυτό;
Η κβαντική σύζευξη μεταξύ δυο σωματιδίων που συναποτελούν ένα κβαντικό σύστημα, συνίσταται στο ότι μοιράζονται πληροφορίες για την κατάστασή τους, ώστε ακόμη και αν τα απομακρύνει κάποιος σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους, τότε μετρώντας την κατάσταση του ενός, στιγμιαία γνωρίζει και την κατάσταση του άλλου. Περί αυτής της «στιγμιαίας μετάδοσης πληροφορίας» στην περίπτωση της κβαντικής σύζευξης, οι Einstein, Podolsky και Rosen (EPR, από τα αρχικά τους), έγραψαν ένα άρθρο, επίσης το 1935, το οποίο σκόπευε να επιχειρηματολογήσει εναντίον της, καταλήγοντας έτσι ότι η, σχετικά νέα τότε, θεωρία της Κβαντικής Μηχανικής είχε προβλήματα. Ωστόσο, ειρωνικά, κατάφερε το αντίθετο! Έτσι, ένα ζεύγος συζευγμένων σωματιδίων, αποκαλείται και «ζεύγος EPR».
78 έτη αργότερα, το 2013, οι διακεκριμένοι φυσικοί Susskind και Maldacena, σε μια, επίσης ιστορική, δημοσίευση κάνουν μια πρώτη «σύνδεση» ανάμεσα στην έννοια της «γέφυρας» μεταξύ 2 χωροχρονικών σημείων (γέφυρα ER) και σε εκείνη της «σύζευξης» μεταξύ 2 κβαντικών σωματιδίων (συζευγμένο ζεύγος EPR), μια ρηξικέλευθη ιδέα που, για απλότητα και συντομία, συμβολίζεται με την ισότητα: “ER = EPR”. Εν ολίγοις, οι χωροχρονικές «γέφυρες ER» και οι κβαντικές «γέφυρες» (η σύζευξη δηλαδή) ανάμεσα σε δυο κβαντικά συζευγμένα σωματίδια, είναι το ίδιο πράγμα, όπως ανέφερε και ο Susskind. Ουσιαστικά αποτελούν τις «δυο όψεις του ίδιου νομίσματος» σε διαφορετική κλίμακα, κάτι που στη Φυσική αποκαλείται δυϊσμός (duality, ενώ θα συναντήσετε και τον όρο holographic duality, δηλαδή ολογραφικός δυϊσμός, για το ίδιο πράγμα).
Βασιζόμενοι στα παραπάνω, και ιδιαίτερα στην τελευταία σύνδεση μεταξύ της Σχετικιστικής και της Κβαντομηχανικής έννοιας της «σύνδεσης» - «γέφυρας», το συμπέρασμα ήταν ότι «μεταξύ δυο κβαντικά συζευγμένων μελανών οπών, αναγκαστικά υπάρχει μια γέφυρα ER που τις συνδέει», ανοίγοντας έτσι ένα παράθυρο προς τη θεωρία της Κβαντικής Βαρύτητας. Σε αυτό το σκεπτικό, οι ερευνητές επιχείρησαν να φτιάξουν ένα κβαντικό σύστημα σε έναν κβαντικό υπολογιστή, που θα ήταν μαθηματικά ισοδύναμο με μια «γέφυρα ER» (μέσω της έννοιας του δυϊσμού που προαναφέρθηκε). Αυτό πέτυχε και αποτελεί την πρώτη πειραματική επίδειξη της ισότητας “ER = EPR”! Το πείραμα έγινε με τη χρήση νευρωνικού δικτύου το οποίο προσομοίωσε όλα τα απαραίτητα φυσικά χαρακτηριστικά μιας «γέφυρας ER» (σταθεροποιημένης από παλμούς «αρνητικής ενέργειας»* στα πλαίσια του πρωτοκόλλου τηλεμεταφοράς που πρότειναν οι Gao και Jafferis το 2019) και ανιχνεύθηκε η επιτυχής διέλευση του «μηνύματος», χωρίς παραμόρφωση, από τη μία άκρη της «γέφυρας» στην άλλη.
*Η «αρνητική» ύλη και ενέργεια, δεν έχουν σχέση με τη «σκοτεινή» ύλη και ενέργεια. Περί «αρνητικής» ύλης και ενέργειας βλέπε τόμο ΙΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα» με σχήματα και παραδείγματα.
Δημοσιευμένη Έρευνα: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05424-3 και περισσότερα: https://www.nature.com/articles/d41586-022-04201-6
Πρωτόκολλο τηλεμεταφοράς μέσω «γέφυρας ER», 2019: https://arxiv.org/abs/1911.07416
Δημοσιευμένη Έρευνα (Maldacena – Susskind “ER = EPR”, 2013): https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prop.201300020
Δημοσιευμένη Έρευνα, Einstein – Rosen (ER) 1935: https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.48.73
Δημοσιευμένη Έρευνα, Einstein – Podolsky – Rosen (EPR) 1935: https://cds.cern.ch/record/405662/files/PhysRev.47.777.pdf
Περισσότερες λεπτομέρειες για όλα τα συναρπαστικά αυτά θέματα (αρνητική ύλη και ενέργεια, γέφυρες ER, θεωρητικές δυνατότητες για ταξίδια στον χρόνο, και πολλά άλλα) με σχήματα και λεπτομερείς εξηγήσεις, στον τόμο ΙΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα» τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου