Когда Альберт Эйнштейн был поражен «жуткий» большой дальности связи между частицами, он думал о своей общей теории относительности. Век с теорией Эйнштейна описывает, как гравитация возникает, когда массивные объекты деформируют ткань пространства и времени. Квантовая запутанность Эйнштейн страшный источник страха, как правило, затрагивает мелкие частицы, практически нет гравитации. Пылинка деформирует матрас ровно так же, как субатомные частицы, что искривляет пространство.
Однако, физик-теоретик Марк Ван Рамсдонк подозреваю, что запутанность и пространство-время, которое на самом деле связаны. В 2009 году, он рассчитал, что пространство без вмешательства он не смог бы за себя постоять. Он написал статью, которая подразумевает, что квантовая запутанность-это игла, которая сшивает вместе гобелен пространства-времени.
Многие журналы отказались публиковать его работы. Но после многих лет скептицизма в первоначальном исследовании мысль, что запутанность формирует пространство-время, стала одной из самых горячих тенденций в области физики. «Выходя из глубоких основ физики, все указывает на то, что в комнате должно быть связано с запутанностью», — говорит Джон Preskill, физик-теоретик из Калтеха.
В 2012 году, есть провокационная работа, которая представляет собой парадокс запутанных частиц внутри и снаружи черной дыры. Меньше чем за год два эксперта в этой области предложили радикальное решение: запутанные частицы соединяются червоточинами — туннелями пространства-времени, введенная Эйнштейном, который на данный момент не менее, скорее всего, появляются на страницах журналов по физике и в научной фантастике. Если это предположение верно, такая путаница не страшна широкий спектр соединений, которые, я думаю, что Эйнштейн-это вполне реальный мост между отдаленными точками в пространстве.
Многие исследователи находят эти идеи достойны внимания. В последние годы, физики, казалось бы, несвязанные кухни сходились в этой области, запутанность, места и червоточины. Ученых, которые были, когда акцент делается на создание безошибочной сегодняшний день квантовые компьютеры-это с учетом того, что Вселенная является квантовым компьютером, который тихо приложений пространства-времени в сложной сети связей. «Все находится в движении невероятным образом», — говорит Ван Рамсдонк из Университета Британской Колумбии в Ванкувере.
Физики возлагают большие надежды на куда они приведут, связь пространства-времени с заблуждением. Ото блестяще описывает, как пространство-время; новые исследования, которые могут выявить происхождение пространства-времени и как он выглядит на самом малом уровне, который лежит во власти квантовой механики. Запутанность может быть секретным ингредиентом, который будет примирить эти, в то время как в связи области в теорию квантовой гравитации, поэтому исследователям понять условия внутри черной дыры и состояние Вселенной в первые мгновения после большого взрыва.
Голограммы и супа
Информация Ван Рамсдонк в 2009 году и не нашли из воздуха. Она коренится в голографический принцип, идея, что граница, которая ограничивает объем пространства, который может содержать всю информацию, которая содержится в нем. Если применить голографический принцип к повседневной жизни, любопытный сотрудник может идеально реконструировать все, кто в офисе, — кипы бумаг, семейные фотографии, игрушки в углу и даже файлы на жестком диске компьютера — просто смотря на внешние стены квадратного офиса. Эта идея является спорным ввиду того, что стены имеют два измерения, и интерьер офиса три. Но в 1997 году Хуан Maldacena, то струнного теоретика из Гарварда, привел увлекательный пример того, что голографический принцип может рассказать о Вселенной.
Он начал с Анти-де-ситтеровское пространство, которое напоминает пространство-время, в котором преобладают силы тяжести, но имеет ряд странных свойств. Она изогнута таким образом, что вспышка света, излучаемого в определенном месте, будет в конечном итоге прийти туда, откуда он появился. И хотя Вселенная расширяется, анти-де-ситтеровское пространство не растягивается или сжимается. Из-за этих характеристик кусок анти-де-ситтеровское пространство с четырьмя измерениями (три пространственных и одно временное) может быть окружен трехмерной границы.
Maldacena обратился к цилиндру, в анти-де ситтера пространство-время. Каждый горизонтальный срез цилиндра, представляющие государство свое место в данный момент, тогда как вертикальный Размер цилиндра соответствует времени. Maldacena окружили его границы цилиндра голограммы; если анти-де-ситтеровское пространство было бы в порядке, граница должна быть этикетка.
На первый взгляд кажется, что этот предел (метка) не имеет ничего общего с наполнением цилиндра. Метка край»», например, следует правилам квантовой механики, а не тяжести. И еще силу тяжести описывает пространство в содержимое «супа». Maldacena показал, что этикетка и суп был один и тот же; квантовые взаимодействия на границе раздела является описание анти-де ситтера пространство, которое закрывает этот предел. «Эти две теории кажутся совершенно разными, но они описывают то же самое», — говорит Preskill.
Maldacena добавлен дополнительный слой сложности к голографическому уравнение в 2001 году. Он ввел понятие пространства в две банки супа, каждый из которых содержит черную дыру. Затем, настроены аналогично самодельный телефон из стаканчиков, которая соединяет черные дыры, кротовые норы — туннели через пространство-время первого предложенного Эйнштейном и Натаном Розеном в 1935 году. Maldacena искал способ создать что эквивалентно такая связь пространства-времени этикетках банок. Трюк, как он понял, был в растерянности.
Как червоточина, квантовая запутанность, соединяющей объекты, которые не имеют очевидного отношения. Квантовый мир-это смутное место: электрон может вращаться в обоих направлениях одновременно, чтобы быть в состоянии суперпозиции, пока измерение не даст точного ответа. А если запутались двух электронов, измерении спина одного дает возможность экспериментатору знать спин другого электрона, даже если партнер электрон находится в состоянии суперпозиции. Это квантовое соединение остается, даже если электроны, которые будут разделять метры, километры или световые годы.
Maldacena показали, что с помощью спутывания частиц на одну метку частицы к другой является квантово-механического описания связи червоточину банок. В контексте голографического принципа, переплетение, соответствует физическое соединение кусков пространства-времени вместе.
Вдохновленный эта связь вовлеченности с пространством-временем, Ван Рамсдонк интересуется, насколько взаимодействие роль могут играть в дизайн пространства-времени. Он был представлен с чистой этикетки на стекло с квантового супа: белый, чистый диск, который соответствует анти-де-ситтеровское пространство. Но он знал, что, согласно основам квантовой механики, пустое пространство никогда не бывает полностью пустым. Он наполнен парами частиц, которые появляются и исчезают. И эти мелкие частички теряются.
Так Ван Рамсдонк обратил воображаемая биссектриса с голографической наклейкой, затем математически сорвал квантовая запутанность между частицами на одной половине знака и частиц на другие. Он обнаружил, что соответствующий привод, анти-де-ситтеровское пространство, начал делиться пополам. Так, если запутанные частицы были крючки, которые удерживают ткань пространства и времени; без них пространства-времени распадается. Как Ван Рамсдонк опустил степени запутанности, та часть которая подключается к разобщенных регионах пространства, которое было тоньше, как резиновая нить, распространяется от десны. «Это заставило меня задуматься, что наличие свободного пространства начинается с наличием запутанности».
Это было смелое заявление, и потребовалось некоторое время, чтобы работы Ван Рамсдонк опубликовано в общей теории относительности и гравитации в 2010 году, привлекла большое внимание. Бренд интересов спрыгнул в 2012 году, когда четверо физиков из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре написали бумагу сложных распространенных убеждения на горизонт событий, точка невозврата в черную дыру.
Правду, которая скрыта брандмауэром
В 1970-х годах физик-теоретик Стивен Хокинг показал, что пары запутанных частиц — тех же видов, как позже Ван Рамсдонк проанализировал в своем квантовом пределе — может распадаться на горизонте событий. Вы упадете в черную дыру, а другая выходит с так называемой Хокинга-излучение. Этот процесс постепенно разрушает массы черной дыры, в конечном итоге привело к ее смерти. Но если черные дыры исчезнут, вместе с тем она должна исчезнуть, и запись всего, что подпадает. Квантовая теория гласит, что информация не может быть уничтожена.
В 90-е годы ряд физиков-теоретиков, в том числе Леонард Зюскинд Стэнфордского университета, предложила решение этой проблемы. Да, они сказали, материи и энергии, попадающей в черную дыру. Но с точки зрения внешнего наблюдателя, этот материал никогда не преодолеть горизонт событий; он, казалось, балансирует на его грани. В результате, горизонт событий становится голографическая граница, которая содержит всю информацию о пространстве внутри черной дыры. В конце, когда черная дыра испаряется, информация об этом просочилась в форме излучения Хокинга. В принципе, наблюдатель может собрать это излучение и восстановить всю информацию о глубинах черной дыры.
В своей работе физики, Ахмед Almehairi 2012, Дональд Marolf, Джеймс, Салли, и Джозеф Полчинский заявил, что в этой картине что-то не так. Для наблюдателя, пытаясь собрать все воедино, что находится внутри черной дыры, сказал один, все отдельные кусочки мозаики — частицы излучения Хокинга должны смешиваться между собой. Также Хакимова каждой частицы должен быть запутались с ее настоящим партнером, который упал в черную дыру.
К сожалению, путаница не хватает. Квантовая теория утверждает, что для запутывания настоящее время между всеми частицами, за пределами черной дыры, должна быть исключена причастность этих частиц с частицами внутри черной дыры. Кроме того, физики обнаружили, что разница недоумения наций, создаст непреодолимую стену энергии, так называемый брандмауэр на горизонте событий.
Многие физики были сомнения, что черные дыры испаряются на самом деле все, что пытается въехать. Но сама возможность существования брандмауэр наводит на тревожные мысли. Ранее физики уже начали думать про то, как помещение выглядит внутри черной дыры. Они и сейчас не уверен, что черные дыры-это «внутри». Все, казалось, ушел в отставку, отмечает, Preskill.
Но Зюскинд не возвращается. Он потратил годы, пытаясь доказать, что информация не исчезает внутри черной дыры, сегодня он также убежден, что идея брандмауэр-это неправильно, но доказать этого пока не смог. Однажды он получил загадочное письмо от Maldacena: «было немного», — говорит Зюскинд. — Только Э = ЭПР». Maldacena, который сейчас работает в Институте перспективных исследований в Принстоне, думая о своей работе с банками супа 2001 года и был заинтересован в том, червоточину, чтобы дать нагромождение путаницы, порожденной проблема брандмауэра. Зюскинд быстро подхватили идею.
В статье, опубликованной в немецком журнале Фортшритте дер Фисик в 2013 году, Maldacena и Зюскинд заявил, что червоточина-технически мост Эйнштейна-Розена, или есть — есть пространство-время является эквивалентом квантовой запутанности. (Во время ЭР понять эксперименте Эйнштейна-Подольского-Розена, который был снять мифологические квантовой запутанности). Это означает, что каждая частица излучение Хокинга, независимо от того как далеко он находится от начала, которое напрямую связано с глубин черной дыры с ярлыка через пространство-время. «Если оно двигается через червоточину, убрав вещи не совсем далеко», — говорит Зюскинд.
Зюскинд и Maldacena предложил собрать все частицы Хокинга и давить их вместе до тех пор, пока они не кванты коллапса в черную дыру. Эта черная дыра была бы в замешательстве, и таким образом связан с червоточину с оригинальной черной дыры. Этот трюк получился запутанный беспорядок Hakimovich частиц парадоксально запутался с черной дырой и друг друга — в две черные дыры соединены червоточину. Перегрузка путаница разрешилась, и проблема брандмауэра был исчерпан.
Не все исследователи вскочил на подножку трамвая Э = ЭПР. Зюскинд и Maldacena признать, что они должны делать больше, чтобы доказать эквивалентность кротовые норы и переплетения. Но после обдумывания последствий парадокса файервола, что многие физики считают, что пространство-время внутри черной дыры обязана своим существованием путаницы с лучевой стороны. Это важный Инсайт, отмечает, Preskill, потому что это также означает, что ткань пространства-времени Вселенной, в том числе и тот кусок, который мы потребляем, является продуктом квантовой жуткий действий.
Космический компьютер
Это одна вещь, чтобы сказать, что Вселенная конструирует пространство-время смешения; это совсем другое, чтобы показать, как Вселенная это делает. Эту сложную задачу взял Preskill и коллегам, которые согласились принять пространство как мощнейший квантовый компьютер. Почти двадцать лет исследователи работали над созданием квантовых компьютеров, которые используют информацию, закодированную в фильтрующие элементы, такие как фотоны или мелкие щепки, чтобы решить проблемы, которые обычные компьютеры не могут справиться. Команда Присцилла использует знания, полученные в результате этих попыток предсказать, как отдельные части внутри консервированного супа может повлиять на наполненный метки путаницы.
Квантовые вычисления произведения с использованием компонентов, которые находятся в суперпозиции состояний, как носители данных — они могут быть нулями и единицами одновременно. Но состояние суперпозиции является очень хрупким. Избыточное тепло, например, может разрушить режим, и все, что содержится в квантовой информации. Эти потери информации, а Preskill сравнить с порванными страницами в книге, кажется неизбежным.
Но физики отреагировали на это, создав протокол квантовой коррекции ошибок. Вместо того, чтобы полагаться на частицу хранить квантовые биты, ученые обмениваться данными между несколькими запутанных частиц. Книга, которая написана на языке квантовой коррекции ошибок, будет полный бред, говорит Preskill, но ее содержание можно восстановить, даже если половина страниц будет не хватать на.
Квантовая коррекция ошибок привлекла много внимания в последние годы, но сейчас, Preskill и его коллеги подозревают, что природа изобрела его давно. В июне, в журнале физики высоких энергий, Preskill и его команда показали, как запутывание нескольких частиц в голографический предел прекрасно описывает частицу, мы черпаем силы тяжести внутри куска анти-де-ситтеровское пространство. Maldacena говорит, что это открытие может привести к лучшему пониманию того, как голограмма кодирует все детали пространства-времени, которая окружает.
Физики признают, что их мысли есть длинный путь, чтобы пойти, чтобы соответствовать реальности. В то время как анти-де ситтера пространство, физики имеют преимущество работы с хорошо определенными, Вселенная не такая четкая этикетка на консервы суп. В структуре пространство-время-пространство расширяется с момента Большого взрыва и продолжает это делать в постоянно увеличивающемся темпе. Если вы посылаете луч света в комнату, он не развернут и не вернется, он будет летать. «Непонятно, как определить голографическую теорию Вселенной», — написал Maldacena в 2005 году. — Просто не практично для интеграции голограммы».
Но как бы странно это не звучало, все эти голограммы, банки с супом и червоточины, они могут быть перспективным направлениям, которые приведут к слиянию квантовых жутких действий с геометрией пространства-времени. В своей работе на кротовые норы, Эйнштейн-Розен обсудили возможные квантовые механические эффекты, но не состоялось соединение с более ранними его работами на перепутанность. Сегодня по этой ссылке, может помочь объединить квантовую механику с теорией относительности в теории квантовой гравитации. Вооружившись такой теорией, физики могли бы сделать тайны государства, в молодой Вселенной, где материя и энергия содержится в бесконечно малой точке пространства.
Квантовая запутанность и червоточины могут быть тесно связаны
Илья Целом
