DENVER - Forscher haben eine neue, unbeschreiblich gefährliche und unglaublich langsame Methode entwickelt, um das Universum zu durchqueren. Es handelt sich um Wurmlöcher, die spezielle Schwarze Löcher verbinden, die es wahrscheinlich nicht gibt. Und es könnte erklären, was wirklich los ist, wenn Physiker Informationen von einem Punkt zum anderen quantenteleportieren - aus der Perspektive der teleportierten Informationen.
Daniel Jafferis, ein Physiker der Harvard University, beschrieb die vorgeschlagene Methode bei einem Vortrag am 13. April hier auf einem Treffen der American Physical Society. Diese Methode, sagte er seinen versammelten Kollegen, beinhaltet zwei schwarze Löcher, die so verwickelt sind, dass sie räumlich und zeitlich miteinander verbunden sind.
Was ist ein Wurmloch?
Ihre Idee löst ein seit langem bestehendes Problem: Wenn etwas in ein Wurmloch eindringt, benötigt es negative Energie, um die andere Seite zu verlassen. (Unter normalen Umständen macht es die Form der Raumzeit am Ausgang eines Wurmlochs unmöglich, hindurchzugehen. Aber eine Substanz mit negativer Energie könnte dieses Hindernis theoretisch überwinden.) Aber nichts in der Physik der Schwerkraft und der Raumzeit - Die Physik, die Wurmlöcher beschreibt, ermöglicht diese Art von Impulsen mit negativer Energie. Es ist also unmöglich, Wurmlöcher tatsächlich zu passieren.
"Es ist nur eine Verbindung im Weltraum, aber wenn Sie versuchen, durchzukommen, bricht sie zu schnell zusammen, sodass Sie nicht durchkommen können", sagte Jafferis nach seinem Vortrag zu Live Science.
Dieses ältere Modell des Wurmlochs stammt aus einer Arbeit von Albert Einstein und Nathan Rosen, die 1935 in Physical Review veröffentlicht wurde. Die beiden Physiker erkannten, dass die Relativitätstheorie unter bestimmten Umständen vorschreiben würde, dass sich die Raumzeit so extrem krümmt, dass eine Art Tunnel entsteht (oder "Brücke") würde die Verbindung zweier getrennter Punkte bilden.
Die Physiker haben das Papier teilweise geschrieben, um die Möglichkeit von Schwarzen Löchern im Universum auszuschließen. In den Jahrzehnten seitdem, als die Physiker erkannten, dass es schwarze Löcher gibt, wurde das Standardbild eines Wurmlochs zu einem Tunnel, in dem die beiden Öffnungen als schwarze Löcher erscheinen. Nach dieser Idee würde ein Tunnel wahrscheinlich niemals auf natürliche Weise im Universum existieren, und wenn er existieren würde, würde er verschwinden, bevor etwas durch ihn hindurchgeht. In den 1980er Jahren schrieb der Physiker Kip Thorne, dass etwas durch dieses Wurmloch passieren könnte, wenn irgendeine negative Energie angewendet würde, um das Wurmloch offen zu halten.
Quantenverschränkung
Jafferis hat zusammen mit dem Harvard-Physiker Ping Gao und dem Stanford-Physiker Aron Wall einen Weg entwickelt, eine Version negativer Energie anzuwenden, die auf einer Idee aus einem ganz anderen Bereich der Physik beruht, der Verschränkung.
Die Verschränkung kommt von der Quantenmechanik, nicht von der Relativitätstheorie. Bereits 1935 veröffentlichten Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen in Physical Review einen weiteren Artikel, der zeigt, dass Teilchen nach den Regeln der Quantenmechanik miteinander "korreliert" werden können, so dass das Verhalten eines Teilchens das Verhalten eines anderen Teilchens direkt beeinflusst.
Einstein, Podolsky und Rosen glaubten, dies beweise, dass etwas mit ihren Vorstellungen von der Quantenmechanik nicht stimmte, da sich Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zwischen den beiden Teilchen bewegen könnten. Jetzt wissen Physiker, dass Verschränkung real ist und Quantenteleportation ein fast routinemäßiger Bestandteil der Physikforschung ist.
So funktioniert die Quantenteleportation: Verwickeln Sie zwei Lichtteilchen, A und B. Geben Sie dann Ihrem Freund B, um ihn in einen anderen Raum zu bringen. Als nächstes schlagen Sie ein drittes Photon C gegen Photon A. Das A und C verwickelt und die Verschränkung zwischen A und B aufhebt. Sie können dann den kombinierten Zustand von A und C messen - der sich von den ursprünglichen Zuständen von A unterscheidet. B oder C - und teilen Sie Ihrem Freund im Nebenzimmer die Ergebnisse der kombinierten Partikel mit.
Ohne den Zustand von B zu kennen, kann Ihr Freund diese begrenzten Informationen verwenden, um B zu manipulieren und das Zustandsteilchen zu erzeugen, das C zu Beginn des Prozesses hatte. Wenn sie B misst, lernt sie den ursprünglichen Zustand von C, ohne dass es ihr jemand sagt. Informationen über Partikel C werden funktional von einem Raum zum nächsten teleportiert.
Dies ist nützlich, da es als eine Art unknackbarer Code zum Senden von Nachrichten von einem Punkt zum nächsten fungieren kann.
Und Verschränkung ist nicht nur eine Eigenschaft einzelner Partikel. Auch größere Objekte können sich verwickeln, obwohl eine perfekte Verflechtung zwischen ihnen viel schwieriger ist.
Verwickelte Schwarze Löcher können Sie transportieren
Bereits 1935 hatten die Physiker, die diese Arbeiten verfassten, keine Ahnung, dass Wurmlöcher und Verstrickungen miteinander verbunden waren, sagte Jafferis. 2013 veröffentlichten die Physiker Juan Maldacena und Leonard Susskind in der Zeitschrift Progress in Physics einen Artikel, der die beiden Ideen miteinander verbindet. Zwei perfekt verwickelte Schwarze Löcher, so argumentierten sie, würden als Wurmloch zwischen ihren beiden Punkten im Raum wirken. Sie nannten die Idee "ER = EPR", weil sie das Einstein-Rosen-Papier mit dem Einstein-Podolsky-Rosen-Papier verband.
Auf die Frage, ob zwei vollständig verwickelte Schwarze Löcher wirklich im Universum existieren könnten, sagte Jafferis: "Nein, nein, schon gar nicht."
Es ist nicht so, dass die Situation physisch unmöglich ist. Es ist einfach zu präzise und riesig, als dass unser chaotisches Universum es produzieren könnte. Das Produzieren von zwei perfekt verwickelten Schwarzen Löchern wäre wie ein Lottogewinn, nur zig Millionen Mal weniger wahrscheinlich.
Und wenn sie existieren würden, würden sie ihre perfekte Korrelation verlieren, sobald ein drittes Objekt mit einem von ihnen interagiert.
Aber wenn ein solches Paar irgendwie irgendwo existieren würde, dann könnte die Methode von Jafferis, Gao und Wall funktionieren.
Ihr Ansatz, der erstmals im Dezember 2017 im Journal of High Energy Physics veröffentlicht wurde, sieht folgendermaßen aus: Werfen Sie Ihren Freund in eines der verwickelten Schwarzen Löcher. Messen Sie dann die sogenannte Hawking-Strahlung, die vom Schwarzen Loch ausgeht und einige Informationen über den Zustand dieses Schwarzen Lochs codiert. Bringen Sie diese Informationen dann zum zweiten Schwarzen Loch und manipulieren Sie damit das zweite Schwarze Loch. (Dies kann so einfach sein, als würde man eine Menge Hawking-Strahlung vom ersten Schwarzen Loch in das zweite ablassen.) Theoretisch sollte Ihre Freundin genau so aus dem zweiten Schwarzen Loch herausspringen, wie sie das erste betreten hat.
Aus seiner Sicht, sagte Jafferis, wäre sie in ein Wurmloch getaucht. Und als sie sich der Singularität an ihrem Hals näherte, hätte sie einen "Puls" negativer Energie erfahren, der sie auf die andere Seite getrieben hätte.
Die Methode sei nicht besonders nützlich, sagte Jafferis, da sie immer langsamer sei, als nur den Abstand zwischen den beiden Schwarzen Löchern physisch zu verschieben. Aber es deutet etwas auf das Universum hin.
Aus der Perspektive einer Information, die zwischen verschränkten Partikeln ausgetauscht wird, könnte etwas Ähnliches passieren, sagte Jafferis. Auf der Skala einzelner Quantenobjekte sei es nicht wirklich sinnvoll, über Raum-Zeit-Krümmungen zu sprechen, um ein Wurmloch zu erzeugen. Nehmen Sie jedoch ein paar weitere Partikel in die Mischung auf, um ein etwas komplexeres Stück Quantenteleportation zu erhalten, und plötzlich macht das Wurmlochmodell sehr viel Sinn. Hier gebe es starke Beweise dafür, dass die beiden Phänomene miteinander verbunden seien.
Es deutet auch stark darauf hin, dass Informationen, die durch ein Schwarzes Loch verloren gegangen sind, irgendwohin gehen könnten, wo sie eines Tages abgerufen werden könnten.
Wenn Sie morgen in ein schwarzes Loch fallen, sagte er, ist nicht alle Hoffnung verloren. Eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation könnte in der Lage sein, durch das Universum zu zoomen, die gesamte Hawking-Strahlung zu sammeln, die vom Schwarzen Loch emittiert wird, während es langsam über Äonen verdunstet, und diese Strahlung zu einem neuen Schwarzen Loch zu komprimieren, das im Laufe der Zeit mit dem Original verwickelt ist. Sobald dieses neue Schwarze Loch aufgetaucht ist, ist es möglicherweise möglich, Sie daraus abzurufen.
Laut Jafferis laufen derzeit theoretische Untersuchungen zu dieser Methode, sich zwischen Schwarzen Löchern zu bewegen. Das Ziel ist jedoch mehr, die grundlegende Physik zu verstehen, als Rettungsaktionen für Schwarze Löcher durchzuführen. Vielleicht ist es am besten, es nicht zu riskieren.
