รูหนอนที่จำลองขึ้นในคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถสนับสนุนทฤษฎีที่ว่าจักรวาลเป็นโฮโลแกรม

การทดลองเชิงควอนตัมที่ดำเนินการบนคอมพิวเตอร์ Sycamore 2 ของ Google ถ่ายโอนข้อมูลผ่านหลุมดำจำลองสองหลุม เพิ่มน้ำหนักให้กับหลักการโฮโลกราฟิกของเอกภพ

นักฟิสิกส์ได้ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อจำลองรูหนอนโฮโลแกรมเป็นครั้งแรกและส่งข้อมูลผ่านมัน

รูหนอน “ทารก” ที่สร้างขึ้นบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม Sycamore 2 ของ Google ไม่ได้สร้างขึ้นด้วยแรงโน้มถ่วง แต่เกิดจากการพัวพันกันของควอนตัม การเชื่อมโยงของอนุภาคสองอนุภาคที่ทำให้การวัดอนุภาคหนึ่งส่งผลกระทบต่ออีกอนุภาคหนึ่งในทันที นักฟิสิกส์สามารถสร้างพอร์ทัลสำหรับส่งผ่านข้อมูลโดยการเข้าไปพัวพันกับควอนตัมบิตหรือควอนตัมบิตในวงจรตัวนำยิ่งยวดขนาดเล็ก การทดลองนี้มีศักยภาพในการต่อยอดสมมติฐานที่ว่าจักรวาลของเราเป็นโฮโลแกรมที่เย็บเข้าด้วยกันด้วยข้อมูลควอนตัม นักวิจัยได้เผยแพร่ผลการค้นพบของพวกเขาในวันที่ 30 พฤศจิกายนในวารสารNature(เปิดในแท็บใหม่).

Maria Spiropuluผู้เขียนนำกล่าวว่า “นี่เป็นขั้นตอนเล็ก ๆ สำหรับการซักถามแรงโน้มถ่วงควอนตัมในห้องทดลอง”(เปิดในแท็บใหม่)นักฟิสิกส์จาก California Institute of Technology กล่าวในการแถลงข่าวเมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน “เมื่อเราเห็นข้อมูล ฉันมีอาการตื่นตระหนก เรากำลังกระโดดขึ้นๆ ลงๆ แต่ฉันพยายามทำให้มันมีเหตุผล”

รูหนอนเป็นอุโมงค์สมมุติผ่านกาลอวกาศที่เชื่อมต่อกันด้วยหลุมดำที่ปลายด้านใดด้านหนึ่ง ในธรรมชาติ แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของหลุมดำทั้งสองเป็นสิ่งที่ช่วยสร้างสภาวะของรูหนอน แต่รูหนอนที่จำลองในการทดลองนั้นแตกต่างออกไปเล็กน้อย นั่นคือเป็นโมเดลของเล่นที่อาศัยกระบวนการที่เรียกว่าควอนตัมเทเลพอร์ตเพื่อเลียนแบบหลุมดำสองหลุม รูและส่งข้อมูลผ่านพอร์ทัล กระบวนการเหล่านี้ดูเหมือนจะค่อนข้างแตกต่างกัน แต่จากข้อมูลของนักวิจัย กระบวนการเหล่านี้อาจไม่แตกต่างกันมากนัก ในสมมติฐานที่เรียกว่าหลักการโฮโลกราฟิก ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่แตกตัวรอบๆ หลุมดำเอกฐาน ( ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ) อาจเกิดขึ้นจากกฎประหลาดที่ควบคุมวัตถุขนาดเล็กมากๆ เช่น คิวบิต (กลศาสตร์ควอนตัม ) — และการทดลองของพวกเขาอาจให้เบาะแสแรกว่าเป็นเช่นนั้น 

โชคดีที่แอนะล็อกของหลุมดำในคอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นไม่เหมือนกับอสุรกายที่กลืนกินทุกสิ่งที่แฝงตัวอยู่ในอวกาศ แต่นักวิจัยไม่แน่ใจว่าพวกเขาอาจจำลองหลุมดำได้ใกล้เคียงพอที่จะพิจารณาว่าแตกต่างจากของจริงหรือไม่ ในที่สุดคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็แยกหลุมดำ “ฉุกเฉิน” ออก

“มันดูเหมือนเป็ด มันเดินเหมือนเป็ด มันร้องเหมือนเป็ด นั่นคือสิ่งที่เราสามารถพูดได้ ณ จุดนี้” ผู้เขียนร่วมJoseph Lykkenนักฟิสิกส์และรองผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของ Fermilab กล่าวในข่าว การประชุม. “เรามีบางอย่างที่ในแง่ของคุณสมบัติที่เรามอง มันดูเหมือนรูหนอน”

คำทำนายของไอน์สไตน์

แนวคิดเรื่องรูหนอนเกิดขึ้นครั้งแรกจากผลงานของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์และเพื่อนร่วมงานของเขา นาธาน โรเซน ซึ่งในปี 1935 ได้แสดงให้เห็นในบทความที่มีชื่อเสียงว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอนุญาตให้หลุมดำเชื่อมโยงกันเป็นสะพานที่สามารถเชื่อมต่อระยะทางไกลได้ ทฤษฎีนี้เป็นความพยายามที่จะเสนอคำอธิบายทางเลือกให้กับจุดต่างๆ ในอวกาศที่เรียกว่าเอกฐาน: แกนกลางของหลุมดำที่ซึ่งมวลมีความเข้มข้นอย่างไร้ขอบเขต ณ จุดเดียว ทำให้เกิดสนามโน้มถ่วงที่ทรงพลังจนอวกาศ-เวลาบิดเบี้ยวเป็นอนันต์ และสมการของไอน์สไตน์ ทรุด. หากรูหนอนมีอยู่จริง ไอน์สไตน์และโรเซนให้เหตุผล ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก็หยุดลง

หนึ่งเดือนก่อนหนังสือพิมพ์ชื่อดังปี 1935 ไอน์สไตน์ โรเซน และเพื่อนร่วมงานบอริส โพโดลสกีได้เขียนอีกฉบับหนึ่ง ในการวิจัยนั้น พวกเขาคาดการณ์ว่าไม่เหมือนกับกระดาษในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในภายหลัง ไม่ได้มีไว้เพื่อสนับสนุนทฤษฎีควอนตัม แต่เพื่อทำลายชื่อเสียงเนื่องจากความหมายที่ไร้สาระ หากกฎของกลศาสตร์ควอนตัมเป็นจริง นักฟิสิกส์ได้สรุปไว้ คุณสมบัติของอนุภาคสองอนุภาคอาจเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก ดังนั้นการวัดอนุภาคหนึ่งจะส่งผลต่ออีกอนุภาคหนึ่งในทันที แม้ว่าทั้งสองจะถูกแยกออกจากกันด้วยช่องว่างขนาดใหญ่ก็ตาม ไอน์สไตน์เย้ยหยันกระบวนการนี้ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าการพัวพันควอนตัม โดยเรียกมันว่า “การกระทำที่น่าสะพรึงกลัวในระยะไกล” แต่ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มันก็ถูกสังเกตและถูกใช้โดยนักฟิสิกส์ทั่วไป

แม้จะสร้างคำทำนายที่แหวกแนวทั้งสองนี้ แต่ความไม่ชอบความไม่แน่นอนและความแปลกประหลาดของควอนตัมฟิสิกส์ของไอน์สไตน์อาจทำให้เขาตาบอดจนมองไม่เห็นข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ นั่นคือคำทำนายทั้งสองนั้นเชื่อมโยงกันจริงๆ ด้วยการแยกทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีควอนตัมออกจากกัน นักฟิสิกส์จึงไม่มีความเข้าใจเกี่ยวกับขอบเขตที่แรงโน้มถ่วงและผลกระทบของควอนตัมชนกัน เช่น ภายในหลุมดำหรือจุดที่เล็กที่สุดซึ่งเอกภพกระจุกตัวอยู่ในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบง

หลักการโฮโลแกรม

ตั้งแต่ Einstein มาถึงทางตันนี้ การค้นหาจุดที่ตะเข็บใหญ่และเล็กรวมกัน – ทฤษฎีของทุกสิ่ง – ทำให้นักฟิสิกส์คิดข้อเสนอที่มีสีสันทุกประเภท หลักการหนึ่งคือหลักการโฮโลกราฟิก ซึ่งระบุว่าจักรวาลทั้งหมดเป็นการฉายภาพโฮโลแกรม 3 มิติของกระบวนการที่แสดงบนพื้นผิว 2 มิติระยะไกล

ที่เกี่ยวข้อง: หลุมดำที่ปลูกในห้องปฏิบัติการอาจพิสูจน์ทฤษฎีที่ท้าทายที่สุดของ Stephen Hawking ได้อย่างถูกต้อง

แนวคิดนี้มีรากฐานมาจากงานของ Stephen Hawking ในปี 1970 ซึ่งก่อให้เกิดความขัดแย้งที่ชัดเจนว่าหากหลุมดำแผ่รังสี Hawking ออกมา (การแผ่รังสีจากอนุภาคเสมือนจริงที่สุ่มโผล่ขึ้นมาใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์) พวกมันก็จะระเหยกลายเป็นไอในที่สุด ซึ่งเป็นการฝ่าฝืนกฎสำคัญของ กลศาสตร์ควอนตัมที่ข้อมูลไม่สามารถทำลายได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมดูเหมือนจะเข้ากันไม่ได้อีกต่อไป แม้จะมีการคาดการณ์ที่แม่นยำอย่างเหลือเชื่อมากมาย พวกเขาก็อาจผิดพลาดได้

เพื่อแก้ปัญหานี้ ผู้เสนอทฤษฎีสตริงซึ่งมุ่งปรับกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพให้ตรงกัน ใช้การสังเกตว่าข้อมูลที่อยู่ในหลุมดำนั้นเชื่อมโยงกับพื้นที่ผิว 2 มิติของขอบฟ้าเหตุการณ์ (จุดที่ไกลออกไปซึ่งแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดออกไปได้ แรงดึงดูดของมัน) แม้แต่ข้อมูลเกี่ยวกับดาวฤกษ์ที่ชนเข้ากับหลุมดำก็ยังถูกถักทอเป็นความผันผวนบนพื้นผิวขอบฟ้านี้ ก่อนที่จะถูกเข้ารหัสลงบนรังสีฮอว์กิงและส่งออกไปก่อนที่หลุมดำจะระเหย 

หน้าแรก