Модель, исследующая взаимосвязь между запутанными частицами и червоточинами в общей теории относительности.

Квантовая запутанность — это физический процесс, посредством которого пары частиц соединяются и остаются таковыми, даже если их разделяют огромные расстояния. Это удивительное явление было в центре внимания многих исследований из-за его загадочной природы и многообещающих практических применений.

Бен Кейн, исследователь из Колледжа Святого Креста, недавно представил модель, основанную на моделировании, которая определяет возможную связь между запутанными частицами и червоточинами, гипотетическими связями между отдаленными областями пространства-времени. Его модель представлена ​​в Письма о физическом осмотрепредставляет 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, описываемые уравнением Дирака, в сочетании с общей теорией относительности имеют звездообразные решения, в которых фермионы могут сохранять свою конфигурацию посредством гравитационного взаимодействия. Кстати, традиционные описания звезд, которые, конечно, полны фермионных объектов, не полностью объясняют общую теорию относительности».

С помощью двух студентов Колледжа Святого Креста Кен ранее написал код, который позволил ему моделировать звезды Дирака. Несколько лет назад другие исследователи обнаружили, что когда такие системы Дирака используют электрический заряд, они могут содержать червоточины.

Червоточины — это решения уравнений Эйнштейна в гравитационном поле, которые можно представить как двусторонние туннели, расположенные в отдаленных местах и/или в разные моменты времени. Недавние исследования показывают, что электрически заряженные звезды Дирака содержат растворы червоточин, и предполагают, что червоточины проходимы, а это означает, что частицы могут перемещаться с одной стороны на другую.

«Я подумал, что было бы очень интересно смоделировать эту червоточину и убедиться, что через нее можно пройти», — сказал Кейн. «Система Дирака, на которой я сосредоточился, использует два фермиона (т.е. две частицы, подчиняющиеся принципу исключения Паули). Мои симуляции требуют, чтобы система была сферически симметричной, потому что это облегчает решение. Чтобы она была сферически симметричной, полный импульс должно быть Угловатость системы равна нулю. В конечном итоге это приводит к тому, что фермионы должны находиться в состоянии, называемом «единственным состоянием», в котором частицы запутаны. »

Примерно десять лет назад физики Малдасена и Сасскинд выдвинули идею о том, что запутанные частицы связаны друг с другом червоточинами. Это смелая и радикальная гипотеза, поскольку она предлагает гравитационное (т. е. червоточину) объяснение квантово-механических явлений (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 червоточину. «Система отправки сообщений быстрее света».

В своей последней статье Кейн представляет новую модель, которая может помочь изучить гипотезу Малдасены-Сасскинда. Эта модель основана на моделировании двух запутанных фермионов, соединенных червоточиной.

Запустив это моделирование, Кейн обнаружил, что в этом сценарии быстро формируются 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, связанных с 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 является первым названием червоточины. EPR означает Эйнштейна-Подольского-Розена, которые первыми изучили запутанные частицы. Поэтому модель, которую я изучал, такова: конкретный пример ER = EPR».

В этой недавней статье представлена ​​новая модель для изучения потенциальной 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 передаче информации со скоростью, превышающей скорость света, что является основным требованием для запутанности.

«Одна из моих идей для будущей работы — расширить моделирование, чтобы позволить материи перемещаться к одной стороне червоточины, а затем к черной дыре и путешествовать через червоточину», — добавил Кен. «Мне интересно, как это повлияет на систему».