Θεωρίες φυσικής

Είναι τα πεπλεγμένα σωματίδια συνδεδεμένα με σκουληκότρυπες;

Written by Δ.Μ.

Η κβαντική διεμπλοκή (γνωστή και ως «στοιχειωμένη δράση από απόσταση») είναι ένα από τα πιο περίεργα πράγματα που βλέπουμε να συμβαίνουν στις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων σε μια μικροκλίμακα. Αντί να ενεργούν ξεχωριστά, ως ένα μοναχικό σωματίδιο, ορισμένα ζεύγη ενεργούν ως ένα – γνωρίζοντας πάντα το ένα τι κάνει το άλλο (αλλάζοντας με βάση τα χαρακτηριστικά του συνεργάτη του) – παρά το γεγονός ότι βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους.

Share

Η κβαντική διεμπλοκή (γνωστή και ως «στοιχειωμένη δράση από απόσταση«) είναι ένα από τα πιο περίεργα πράγματα που βλέπουμε να συμβαίνουν στις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων σε μια μικροκλίμακα. Αντί να ενεργούν ξεχωριστά, ως ένα μοναχικό σωματίδιο, ορισμένα ζεύγη ενεργούν ως ένα – γνωρίζοντας πάντα το ένα τι κάνει το άλλο (αλλάζοντας με βάση τα χαρακτηριστικά του συνεργάτη του) – παρά το γεγονός ότι βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους.

Einstein Rosen bridgeΟι Einstein-Rosen (1935) διατύπωσαν μια νέα μαθηματική λύση του Schwarzschild που να μην περιέχει ιδιομορφία στην οποίο σταματά ο χώρος και ο χρόνος. Αυτή η ιδιομορφία γινόταν μια γέφυρα που συνέδεε το Σύμπαν μας ίσως με ένα παράλληλο σύμπαν, που έγινε γνωστή ως γέφυρα Einstein – Rosen. είναι θεωρητικά περάσματα μέσα στο χωρόχρονο, ανάμεσα σε δύο διαφορετικά σημεία του.

Προφανώς, αυτό είναι προβληματικό. Η σχετικότητα λέει ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, ακριβώς αυτό που κάνουν τα πεπλεγμένα σωματίδια – να περνούν τις πληροφορίες με ταχύτητες πολύ μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός – το καθολικό όριο ταχύτητας. Δεν πρέπει να βιαστούμε να κάνουμε προσαρμογές στη Γενική σχετικότητα, όμως, ως υπόθεση τέθηκε σε μπροστά και συνδυάζει την κβαντική διεμπλοκή με μια πολύ αγαπητή (αλλά πολύ θεωρητική) έννοια – τις  γέφυρες Αϊνστάιν-Ρόζεν (κοινώς γνωστές ως σκουληκότρυπες).

entangled particles1Μια προσομοίωση των πεπλεγμένων σωματιδίων

Σύμφωνα με μια δημοσίευση των Juan Maldacena και Leonard Susskind,  τα πεπλεγμένα σωματίδια μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με απεριόριστα μικρές σκουληκότρυπες – πύλες που μοιάζουν με σήραγγες που συνδέουν δύο απομακρυσμένες περιοχές του χώρου. Έτσι μπορούν να ανταλλάξουν σήματα σχεδόν στιγμιαία – ακόμα και όταν βρίσκονται σε αντίθετα άκρα του σύμπαντος.

Το όλο θέμα επικεντρώνεται σε μια έννοια που ονομάζεται αιώνια μαύρη τρύπα – μια άλλη εξαιρετικά θεωρητική έννοια που προϋποθέτει ότι ένα εντελώς διαφορετικό σύμπαν μπορεί να βρεθεί στην «άλλη πλευρά» μιας μαύρης τρύπας (για να φτάσετε σε αυτήν, πρέπει να βυθιστείτε στον ορίζοντα γεγονότος της μαύρης τρύπας – το σημείο μη επιστροφής – προτού ταξιδέψετε στην ιδιαιτερότητα ή μοναδικότητα της – υποθέτοντας φυσικά ότι θα επιζήσετε στη διαδικασία σπαγγετοποίησης σας – οπότε υποθετικά θα βρεθείτε πίσω σε ένα διαφορετικό σύμπαν από εκείνο που προέρχεστε). Με απλά λόγια, αυτό δείχνει ότι οι μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα γέφυρες που συνδέουν ξεχωριστά σύμπαντα. Ή να το θέσουμε με άλλο τρόπο, υπάρχει μια ενιαία μαύρη τρύπα σε δύο σύμπαντα.

Υποθέτοντας ότι διαβάζετε ακόμα: σε αυτό το σενάριο – με πεπλεγμένες μαύρες τρύπες – οποιαδήποτε αλλαγή σε μία από αυτές θα επηρέαζε αυτόματα και την άλλη. Εξ ου και η συσχέτιση μεταξύ των δύο φαινομένων. Όπως αναφέρθηκε, αυτές οι ιδέες, οι οποίες δεν είναι καινούργιες, είναι πολύ θεωρητικές (ίσως ακόμη και με λίγη σπέκουλα). Θα παραμείνουν έτσι μέχρι να βρούμε οριστικά στοιχεία για την ύπαρξη των αποκαλούμενων σκουληκότρυπων, αλλά υπάρχει μια μαθηματική πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας. Επομένως, θα πρέπει να αναμένεται ότι αυτά τα στοιχεία θα εκδηλωθούν τελικά. Σε κάθε περίπτωση – η υπόθεση διεμπλοκής / σκουληκότρυπας προσφέρει μια εξήγηση για γνωστές περιπτώσεις που τα πεπλεγμένα σωματίδια αποκαλύπτονται αυθόρμητα – οι σκουληκότρυπες που τις συνδέουν καταρρέουν.

event-horizon 

Παρέχει επίσης πληροφορίες για διάφορες άλλες αντιφατικές έννοιες, που ασχολούνται με την αποσύνδεση της γενικής σχετικότητας και της κβαντομηχανικής. Η μία ασχολείται με μαύρες τρύπες και εικονικά σωματίδια. .

Συνήθως, εξουδετερώνουν η μία την άλλη, εξαϋλώνοντας η μία την άλλη, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, μια μαύρη τρύπα θα καταναλώνει ένα μέλος ενός ζεύγους εικονικών σωματιδίων – προκαλώντας το άλλο να εμφανιστεί – προτού να παρασυρθεί στην άβυσσο του χώρου. Αυτή είναι η περίφημη ακτινοβολία Ηawking. Προκειμένου οι πληροφορίες για τα αντικείμενα που καταναλώνεται η μαύρη τρύπα να παραμείνουν άθικτες, πιστεύουμε ότι όλα αυτά τα σωματίδια πρέπει να εμπλέκονται το ένα με το άλλο, πράγμα που σημαίνει ότι η κατάσταση κάθε μεμονωμένου σωματιδίου εξαρτάται από την κατάσταση των παρομοίως πεπλεγμένων σωματιδίων Ηawking.

Αυτό μας παρουσιάζει ένα δύσκολο παράδοξο, που ονομάζεται παράδοξο τείχους προστασίας της μαύρης τρύπας (black hole firewall paradox). Δείχνει ξεκάθαρα ότι κάθε σωματίδιο δεν εμπλέκεται με κανένα, αλλά με πολλαπλά άλλα σωματίδια την ίδια στιγμή – κάτι που οι νόμοι της φυσικής αποστρέφονται. Έτσι, για να αποφευχθεί αυτό – οι φυσικοί ανέπτυξαν μια έννοια που λέει ότι αφού ένα σωματίδιο διασχίσει τον ορίζοντα γεγονότων – προς τη μοναδικότητα ή ιδιομορφία – ο κβαντικός δεσμός σπάει. Στη συνέχεια παράγει μια τεράστια έκρηξη ενέργειας που λειτουργεί σαν τείχος προστασίας.

wormhole

Και εδώ υπεισέρχεται η ιδέα της σκουληκότρυπας / διεμπλοκής. Σύμφωνα με τους Susskind και Maldacena, οι σκουληκότρυπες που συνδέουν τα σωματίδια από το εσωτερικό και το εξωτερικό του ορίζοντα γεγονότων λειτουργούν ως buffer για την εξομάλυνση των προβλημάτων διεμπλοκής – αποφεύγοντας την ανάγκη για ένα τείχος προστασίας. Προχωρώντας λίγο περισσότερο σε αυτό, μπορούμε να πούμε ότι ακόμη και όταν ένα εικονικό σωματίδιο «εμφανίζεται» – προτού προχωρήσει στην σύνδεση του με άλλο – εξακολουθεί να είναι στενά συνδεδεμένο όχι μόνο με το εσωτερικό της μαύρης τρύπας από το οποίο προήλθε, αλλά και έχει μια ευχάριστη σύνδεση με τους συντρόφους του. Κυριολεκτικά αλληλοσυνδέονται με ένα πλήθος μικροσκοπικών σπαγγέτι – σαν χορδές. Μπορούν ακόμη και να παραμείνουν ως έχουν, αφού η διαρροή της ακτινοβολίας  Ηawking αναγκάζει την μαύρη τρύπα να “στεγνώσει”, προτού εξατμιστεί – αφού το σύνολο της μάζας της χαθεί στο διάστημα.

Φυσικά – αυτά τα κβαντικά κατασκευάσματα είναι πολύ μικρά για να περάσουν μέσα τους οι άνθρωποι. Αυτό, σε συνδυασμό με ερωτήσεις σχετικά με τη συνολική σταθερότητά τους – σημαίνει ότι δεν υπάρχει λόγος να ενθουσιαστείτε για τη δυνατότητα τηλεμεταφοράς. Ή οτιδήποτε άλλο, για αυτό το θέμα. Ωστόσο, αυτό θα μπορούσε να έχει μια βαθιά επίδραση στο πώς βλέπουμε τη συνολική δομή του χωροχρόνου. Ένας φυσικός – που εργάζεται ξεχωριστά από τους Susskind και Maldacena – πρότεινε ακόμη ότι ο χωροχρόνος είναι μια εκδήλωση κβαντικής διεμπλοκής . Όλες τους είναι ενδιαφέρουσες ιδέες, πράγματι.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share