Denver - Wetenschappers hebben een nieuwe, onuitsprekelijk gevaarlijke en ongelooflijk trage manier van reizen in het universum ontwikkeld. Het bevat wormgaten die speciale zwarte gaten met elkaar verbinden die waarschijnlijk niet bestaan. En hij kan uitleggen wat er feitelijk gebeurt als natuurkundigen informatie kwantumteleporteren van het ene punt naar het andere, in termen van het geteleporteerde stukje informatie.
Harvard-natuurkundige Daniel Jafferis sprak over de voorgestelde methode in zijn lezing op 13 april op de bijeenkomst van de American Physical Society. Bij deze methode, zo vertelde hij zijn verzamelde collega's, zijn twee zwarte gaten betrokken die zo verstrengeld zijn dat ze verstrikt raken in ruimte en tijd.
Wat is een wormgat?
Hun idee lost een al lang bestaand probleem op: wanneer iets een wormgat binnengaat, is negatieve energie nodig om van de andere kant te komen (onder normale omstandigheden maakt de vorm van ruimte-tijd aan de uitgang van het wormgat het onmogelijk om er doorheen te gaan). Materie met een negatieve energiedichtheid kan dit obstakel theoretisch overwinnen. Maar in de fysica van zwaartekracht en ruimte-tijd (fysica die wormgaten beschrijft) is de mogelijkheid van dergelijke impulsen van negatieve energie niet voorzien. Het is dus onmogelijk om door de wormgaten te gaan.
"Een wormgat is slechts een tunnel in de ruimte, maar als je er doorheen probeert te lopen, stort het te snel in, zodat je er niet doorheen kunt", vertelde Jeffries WordsSideKick.com na zijn toespraak.
Dit oude model van een wormgat wordt beschreven in een artikel uit 1935 door Albert Einstein en Nathan Rosen in de Physical Review. Beide natuurkundigen begrepen dat onder bepaalde omstandigheden, volgens de relativiteitstheorie, het ruimte-tijd continuüm zo ver doorbuigt dat een soort tunnel (of "brug") wordt gevormd, die twee afzonderlijke punten met elkaar verbindt.
Ze schreven dit artikel gedeeltelijk om de mogelijkheid van zwarte gaten in het universum uit te sluiten. Maar in de decennia die volgden, toen natuurkundigen tot het inzicht kwamen dat er zwarte gaten bestonden, nam het standaardbeeld van een wormgat de vorm aan van een tunnel, waarin twee gaten eruitzien als zwarte gaten. Volgens dit idee zou zo'n tunnel waarschijnlijk nooit op zichzelf bestaan in het universum, en als hij echt bestond, zou hij verdwijnen voordat er iets doorheen ging. In de jaren tachtig schreef natuurkundige Kip Thorne dat er iets door dit wormgat kon komen als er wat negatieve energie werd toegepast om te voorkomen dat het instortte.
Promotie video:
Kwantumverstrengeling
Jefferis werkte samen met de Harvard-fysicus Ping Gao en de Stanford-fysicus Aron Wall om een manier te bedenken om een versie van negatieve energie toe te passen die is gebaseerd op een idee uit een heel ander veld van de fysica genaamd "verstrengeling".
Het concept van "verstrengeling" is niet ontleend aan de relativiteitstheorie, maar aan de kwantummechanica. In 1935 publiceerden Albert Einstein, Boris Podolsky en Nathan Rosen nog een artikel in de Physical Review, waaruit bleek dat deeltjes volgens de regels van de kwantummechanica met elkaar kunnen 'correleren', zodat het gedrag van het ene deeltje direct het gedrag van een ander beïnvloedt. …
Einstein, Podolsky en Rosen geloofden dat dit de onjuistheid van hun ideeën over kwantummechanica bewijst, omdat het informatie toestaat sneller dan de lichtsnelheid tussen twee deeltjes te bewegen. Natuurkundigen weten nu dat verstrengeling echt is en dat kwantumteleportatie een bijna routinematig onderdeel is van natuurkundig onderzoek.
Kwantumteleportatie werkt als volgt: verstreng twee lichtdeeltjes, A en B. Geef B aan je vriend om naar een andere kamer te brengen. Raak dan het derde foton, C, op foton A. Dit verstrengelt A en C en verbreekt de verstrengeling tussen A en B. Dan kun je de gecombineerde toestand van A en C meten (die verschilt van de oorspronkelijke toestanden A, B of C) en de resultaten van de gecombineerde deeltjes rapporteren naar je vriend in de volgende kamer.
Zonder de toestand B te kennen, kan je vriend deze beperkte informatie gebruiken om deeltje B te manipuleren om de toestand te krijgen die deeltje C had toen het begon. Als hij B meet, kent hij de basislijntoestand van C zonder hulp. Deeltje C-informatie teleporteert functioneel van de ene kamer naar de andere.
Het is effectief omdat het kan werken als een soort code om berichten van het ene punt naar het andere te verzenden. En verstrengeling is niet alleen een eigenschap van individuele deeltjes. Ook grotere objecten kunnen met elkaar verstrikt raken, hoewel de perfecte verstrengeling daartussen veel moeilijker is.
Verstrengelde zwarte gaten kunnen je naar andere werelden vervoeren
In 1935 hadden de natuurkundigen die deze artikelen schreven geen idee dat wormgaten en verstrikking verband hielden, zei Jeffries. Maar in 2013 publiceerden natuurkundigen Juan Maldacena en Leonard Susskind een artikel in Progress in Physics dat de twee ideeën met elkaar in verband bracht. Ze voerden aan dat twee perfect verstrengelde zwarte gaten zouden fungeren als een wormgat tussen hun twee punten in de ruimte. Ze noemden dit concept "ER-EPR" ("ER = EPR") omdat het het Einstein-Rosen-artikel combineerde met het Einstein-Podolsky-Rosen-artikel.
Op de vraag of er echt twee volledig verstrengelde zwarte gaten in het universum zijn, antwoordde Jeffries: "Nee, natuurlijk niet."
Het is niet dat het fysiek onmogelijk is. Deze situatie kan zich niet voordoen in ons wanordelijke universum, omdat het te eenduidig en grootschalig is. De opkomst van twee volledig verstrengelde zwarte gaten zou zijn als het winnen van de loterij, alleen zou de kans hierop miljarden miljarden keren kleiner zijn. En als ze zouden bestaan, zei hij, zouden ze hun perfecte relatie hebben verloren op het moment dat een derde object een interactie aanging met een van hen.
Maar als er op de een of andere manier zo'n paar zwarte gaten zou bestaan (ergens en ergens), dan zou de methode van Jaffrey, Gao en Wall kunnen werken.
Hun concept, voor het eerst gepubliceerd in december 2017 in The Journal of High Energy Physics, is als volgt: gooi je vriend in een van de verwarde zwarte gaten. Meet vervolgens de zogenaamde Hawking-straling die uit een zwart gat komt en die informatie codeert over de toestand van dat zwarte gat. Breng deze informatie vervolgens over naar een tweede zwart gat en gebruik het om het tweede zwarte gat te besturen (het kan zo simpel zijn als het richten van een straal Hawking-straling van het eerste naar het tweede zwarte gat). In theorie zou je vriend uit het tweede zwarte gat moeten springen, net zoals hij het eerste binnenkwam.
Volgens Jefferys zou je vriend in een wormgat zijn gedoken. En als hij de singulariteit in zijn smalle deel naderde, voelde hij een "duw" van negatieve energie, die hem van de andere kant zou duwen.
Deze methode is niet bijzonder effectief, zei Jafferis, omdat het altijd langzamer zou zijn dan simpelweg het fysiek verplaatsen van de afstand tussen twee zwarte gaten. Maar het stelt ons nog steeds in staat het universum te begrijpen.
Met betrekking tot het stukje informatie dat tussen verstrengelde deeltjes passeert, zei Jafferis, zou hier iets soortgelijks kunnen gebeuren. Op de schaal van individuele kwantumobjecten, zei hij, heeft het geen zin om te praten over de kromming van ruimte-tijd, die een wormgat vormt. Maar voor een iets complexere kwantumteleportatie, voeg je nog een paar deeltjes toe en plotseling is het wormgatmodel logisch. In dit geval, zei hij, is er sterk bewijs dat de twee verwant zijn.
Bovendien, zei hij, suggereert het dat informatie die in het zwarte gat ontbreekt, op een dag kan komen waar deze kan worden gevonden.
Als je morgen in een zwart gat valt, zei hij, zal de situatie niet hopeloos zijn. Een voldoende gevorderde beschaving zou in staat zijn om door het universum te navigeren en alle Hawking-straling te verzamelen die door het zwarte gat wordt uitgezonden terwijl het geleidelijk in de eeuwigheid verdwijnt en deze straling comprimeert tot een nieuw zwart gat dat in de tijd verstrengeld is met het oorspronkelijke gat. Zodra dit nieuwe zwarte gat verschijnt, is het misschien mogelijk om u eruit te krijgen.
Volgens Jefferis zijn er theoretische studies aan de gang naar deze methode van bewegen tussen zwarte gaten. Maar het doel van dit onderzoek is niet zozeer om uit zwarte gaten te komen, maar om fundamentele fysica te begrijpen. Het is dus waarschijnlijk het beste om het niet te riskeren.
Rafi Letzter
