Denver - Wissenschaftler haben eine neue, unbeschreiblich gefährliche und unglaublich langsame Reisemethode im Universum entwickelt. Es enthält Wurmlöcher, die spezielle Schwarze Löcher verbinden, die es wahrscheinlich nicht gibt. Und er kann erklären, was tatsächlich passiert, wenn Physiker Informationen von einem Punkt zum anderen quantenteleportieren, und zwar anhand der teleportierten Informationen.
Der Harvard-Physiker Daniel Jafferis sprach in seinem Vortrag am 13. April auf dem Treffen der American Physical Society über die vorgeschlagene Methode. Diese Methode, sagte er seinen versammelten Kollegen, beinhaltet zwei schwarze Löcher, die so verwickelt sind, dass sie sich in Raum und Zeit verwickeln.
Was ist ein Wurmloch?
Ihre Idee löst ein seit langem bestehendes Problem: Wenn etwas in ein Wurmloch eintritt, ist negative Energie erforderlich, um von der anderen Seite auszutreten (unter normalen Umständen macht es die Form der Raumzeit am Ausgang des Wurmlochs unmöglich, durch dieses hindurchzugehen). Materie mit negativer Energiedichte kann dieses Hindernis theoretisch überwinden. In der Physik der Schwerkraft und der Raumzeit (der Physik, die Wurmlöcher beschreibt) ist die Möglichkeit solcher Impulse negativer Energie jedoch nicht gegeben. Somit ist es unmöglich, durch die Wurmlöcher zu gelangen.
"Ein Wurmloch ist nur ein Tunnel im Weltraum, aber wenn Sie versuchen, durch ihn zu gehen, bricht er zu schnell zusammen, sodass Sie ihn nicht überwinden können", sagte Jaffries nach seiner Rede zu Live Science.
Dieses alte Modell eines Wurmlochs wird in einem Artikel von Albert Einstein und Nathan Rosen aus dem Jahr 1935 in der Physical Review beschrieben. Beide Physiker haben verstanden, dass sich das Raum-Zeit-Kontinuum nach der Relativitätstheorie unter bestimmten Umständen so stark biegt, dass eine Art Tunnel (oder "Brücke") entsteht, der zwei getrennte Punkte verbindet.
Sie haben diesen Artikel teilweise geschrieben, um die Möglichkeit von Schwarzen Löchern im Universum auszuschließen. In den folgenden Jahrzehnten, als die Physiker begriffen, dass es schwarze Löcher gibt, hatte das Standardbild eines Wurmlochs die Form eines Tunnels, in dem zwei Löcher wie schwarze Löcher aussehen. Nach dieser Idee würde ein solcher Tunnel jedoch wahrscheinlich niemals alleine im Universum existieren, und wenn er tatsächlich existieren würde, würde er verschwinden, bevor etwas durch ihn hindurchgeht. In den 1980er Jahren schrieb der Physiker Kip Thorne, dass etwas durch dieses Wurmloch gelangen könnte, wenn etwas negative Energie angewendet würde, um zu verhindern, dass es zusammenbricht.
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Quantenverschränkung
Jefferis hat sich mit dem Harvard-Physiker Ping Gao und dem Stanford-Physiker Aron Wall zusammengetan, um einen Weg zu finden, eine Version negativer Energie anzuwenden, die auf einer Idee aus einem völlig anderen Gebiet der Physik namens "Verschränkung" basiert.
Das Konzept der "Verschränkung" ist nicht der Relativitätstheorie entlehnt, sondern der Quantenmechanik. Bereits 1935 veröffentlichten Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen einen weiteren Artikel in der Physical Review, der zeigte, dass Teilchen nach den Regeln der Quantenmechanik miteinander "korrelieren" können, so dass das Verhalten eines Teilchens das Verhalten eines anderen Teilchens direkt beeinflusst …
Einstein, Podolsky und Rosen glaubten, dass dies die Unrichtigkeit ihrer Vorstellungen über die Quantenmechanik beweist, da sich Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zwischen zwei Teilchen bewegen können. Physiker wissen jetzt, dass Verschränkung real ist und dass Quantenteleportation ein fast routinemäßiger Bestandteil der Physikforschung ist.
Die Quantenteleportation funktioniert folgendermaßen: Verwickle zwei Lichtteilchen, A und B., und gib deinem Freund B, um sie in einen anderen Raum zu bringen. Dann treffen Sie das dritte Photon C auf Photon A. Dies verwickelt A und C und löst die Verschränkung zwischen A und B. Dann können Sie den kombinierten Zustand von A und C (der sich von den ursprünglichen Zuständen A, B oder C unterscheidet) messen und die Ergebnisse der kombinierten Teilchen angeben zu deinem Freund im Nebenzimmer.
Ohne den Zustand B zu kennen, kann Ihr Freund diese begrenzten Informationen verwenden, um Partikel B zu manipulieren, um den Zustand zu erhalten, den Partikel C zu Beginn hatte. Wenn er B misst, kennt er den Grundzustand von C ohne Hilfe. Partikel-C-Informationen teleportieren sich funktional von einem Raum in einen anderen.
Dies ist effektiv, da es als eine Art Code zum Senden von Nachrichten von einem Punkt zum anderen fungieren kann. Und Verschränkung ist nicht nur eine Eigenschaft einzelner Partikel. Größere Objekte können sich auch verwickeln, obwohl die perfekte Verflechtung zwischen ihnen viel schwieriger ist.
Verwickelte Schwarze Löcher können Sie in andere Welten versetzen
Im Jahr 1935 hatten die Physiker, die diese Artikel schrieben, keine Ahnung, dass Wurmlöcher und Verstrickungen zusammenhängen, sagte Jeffries. 2013 veröffentlichten die Physiker Juan Maldacena und Leonard Susskind einen Artikel in Progress in Physics, der die beiden Ideen miteinander verband. Sie argumentierten, dass zwei perfekt verwickelte Schwarze Löcher als Wurmloch zwischen ihren beiden Punkten im Raum fungieren würden. Sie nannten dieses Konzept "ER-EPR" ("ER = EPR"), weil es den Einstein-Rosen-Artikel mit dem Einstein-Podolsky-Rosen-Artikel kombinierte.
Auf die Frage, ob es wirklich zwei vollständig verwickelte Schwarze Löcher im Universum gibt, antwortete Jeffries: "Nein, natürlich nicht."
Es ist nicht so, dass es physisch unmöglich ist. Diese Situation kann in unserem ungeordneten Universum nicht auftreten, weil sie zu eindeutig und großräumig ist. Das Auftauchen von zwei völlig verwickelten Schwarzen Löchern wäre wie ein Lottogewinn, nur die Wahrscheinlichkeit dafür wäre milliardenfach geringer. Und wenn sie existieren würden, hätten sie ihre perfekte Beziehung verloren, als ein drittes Objekt mit einem von ihnen interagierte.
Aber wenn es irgendwie ein solches Paar schwarzer Löcher gäbe (irgendwie und irgendwo), dann könnte die Methode von Jaffrey, Gao und Wall funktionieren.
Ihr Konzept, das erstmals im Dezember 2017 im Journal of High Energy Physics veröffentlicht wurde, lautet wie folgt: Wirf deinen Freund in eines der verworrenen Schwarzen Löcher. Messen Sie dann die sogenannte Hawking-Strahlung, die von einem Schwarzen Loch ausgeht und einige Informationen über den Zustand dieses Schwarzen Lochs codiert. Übertragen Sie diese Informationen dann in ein zweites Schwarzes Loch und steuern Sie damit das zweite Schwarze Loch (es kann so einfach sein, einen Strahl Hawking-Strahlung vom ersten Schwarzen Loch zum zweiten zu lenken). Theoretisch sollte Ihr Freund aus dem zweiten Schwarzen Loch herausspringen, genau wie er das erste betreten hat.
Laut Jefferys wäre Ihr Freund in ein Wurmloch getaucht. Und wenn er sich der Singularität in ihrem engen Teil näherte, fühlte er einen "Stoß" negativer Energie, der ihn von der anderen Seite drückte.
Diese Methode sei nicht besonders effektiv, sagte Jafferis, da sie immer langsamer sei, als nur den Abstand zwischen zwei Schwarzen Löchern physisch zu verschieben. Aber es erlaubt uns immer noch, das Universum zu verstehen.
In Bezug auf die Informationen, die zwischen verschränkten Partikeln ausgetauscht werden, könnte hier etwas Ähnliches passieren, sagte Jafferis. Auf der Skala einzelner Quantenobjekte, sagte er, sei es nicht sinnvoll, über die Krümmung der Raum-Zeit zu sprechen, die ein Wurmloch bildet. Fügen Sie für eine etwas komplexere Quantenteleportation noch ein paar Partikel hinzu, und plötzlich macht das Wurmlochmodell Sinn. In diesem Fall, sagte er, gibt es starke Beweise dafür, dass die beiden verwandt sind.
Darüber hinaus deutet dies darauf hin, dass Informationen, die im Schwarzen Loch fehlen, eines Tages dort ankommen könnten, wo sie gefunden werden können.
Wenn Sie morgen in ein Schwarzes Loch fallen, wird die Situation nicht hoffnungslos sein. Eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation wäre in der Lage, durch das Universum zu navigieren, die gesamte vom Schwarzen Loch emittierte Hawking-Strahlung zu sammeln, während sie allmählich in der Ewigkeit verschwindet, und diese Strahlung in ein neues Schwarzes Loch zu pressen, das im Takt des ursprünglichen Lochs verwickelt ist. Sobald dieses neue Schwarze Loch erscheint, ist es möglicherweise möglich, Sie herauszuholen.
Laut Jefferis laufen derzeit theoretische Studien zu dieser Methode, sich zwischen Schwarzen Löchern zu bewegen. Das Ziel dieser Forschung ist es jedoch nicht, aus Schwarzen Löchern herauszukommen, sondern die grundlegende Physik zu verstehen. Also ist es wahrscheinlich am besten, es nicht zu riskieren.
Rafi Letzter
