Σκουληκότρυπες και κβαντική σύμπλεξη

Μια σκουληκότρυπα συνδέει δύο μαύρες τρύπες.

 (Credit: Alan Stonebraker / American Physical Society)

H κβαντική σύμπλεξη είναι ένα από τα πιο περίεργα φαινόμενα που μελετά η κβαντική μηχανική – τόσο παράξενο που ανάγκασε τον Einstein να αναφέρεται σ’ αυτό ως η «στοιχειωμένη δράση από απόσταση».

Όταν δύο σωματίδια βρίσκονται σε κβαντική σύμπλεξη, συν-πλέκονται μεταξύ τους ακόμα και αν βρίσκονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η μέτρηση ενός σωματιδίου αλλάζει ταυτόχρονα την κατάσταση του κβαντικά συζευγμένου ζεύγους του, ανεξάρτητα από την απόσταση.

Ας υποθέσουμε ότι ένα σωματίδιο με σπιν μηδέν διασπάται σε δυο σωματίδια.

Τότε το σύστημα των νέων δυο σωματιδίων υποχρεωτικά θα έχει συνολικό σπιν μηδέν και εξαιτίας των νόμων διατήρησης θα πρέπει συνεχώς να είναι μηδέν.

Συνεπώς αν το ένα σωματίδιο έχει σπιν «πάνω» ως προς μια τυχούσα κατεύθυνση, τότε υποχρεωτικά το σπιν του δεύτερου σωματιδίου θα πρέπει να είναι «κάτω», ας το έχουμε μεταφέρει έτη φωτός μακριά από το ταίρι του.
Για την κβαντομηχανική το σπιν του κάθε σωματιδίου είναι απροσδιόριστο.

Όμως όταν το σπιν του ενός σωματιδίου σε μια τυχούσα κατεύθυνση μετρηθεί και βρεθεί να έχει την μία από τις δυνατές τιμές του, τότε το σπιν του άλλου σωματιδίου – που ενδεχομένως βρίσκεται έτη φωτός μακριά – θα «αποκτήσει» ακαριαία την αντίθετη κατεύθυνση κατά μήκος του ίδιου άξονα. Και αυτός είναι ο λόγος που ο Einstein μιλούσε για «στοιχειωμένη δράση από απόσταση».

Αλλά τι είναι αυτό που επιτρέπει τα σωματίδια να «επικοινωνούν» ακαριαία σε τόσο μεγάλες αποστάσεις;

Πριν από κάποιους μήνες οι Juan Maldacena και Leonard Susskind στην εργασία τους με τίτλο «Cool horizons for entangled black holes» εξέταζαν τις λύσεις, που προκύπτουν από την γενική σχετικότητα, στις οποίες δυο απομακρυσμένες μαύρες τρύπες συνδέονται διαμέσου μιας σκουληκότρυπας ή γέφυρας Einstein-Rosen.

Στην ουσία πρότειναν την «εξίσωση»:

Σύμπλεξη = Σκουληκότρυπες (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ)

Τώρα έρχονται ο Julian Sonner από το ΜΙΤ, και ανεξάρτητα οι Kristan Jensen και Andreas Karch [Holographic Dual of an Einstein-Podolsky-Rosen Pair has a Wormhole], oι οποίοι μέσα από το πρίσμα της θεωρίας χορδών εξετάζουν μια παρόμοια ιδέα, τον σχηματισμό σκουληκότρυπας μεταξύ δυο κουαρκ που βρίσκονται σε κβαντική σύμπλεξη.

Δυο κουάρκ (τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία συνίστανται τα πρωτόνια και τα νετρόνια), μπορούν να αναδυθούν από το κενό σύμφωνα με το φαινόμενο Schwinger. Το φαινόμενο αυτό που αποκαλείται επίσης και «δημιουργία ζεύγους» , περιγράφει την δημιουργία δυο σωματιδίων από το τίποτα ή ενός συνόλου φευγαλέων σωματιδίων.

Σύμφωνα με τον Sonner, χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί κανείς να «συλλάβει ένα ζεύγος» τέτοιων σωματιδίων πριν εξαφανιστούν πίσω στο κενό.

Άπαξ και διατηρηθούν, αυτά τα σωματίδια θεωρούνται συν-πλεγμένα. Χρησιμοποιώντας τις πολλές διαστάσεις και τις έννοιες, όπως η ολογραφική δυαδικότητα, που εμφανίζονται στην θεωρία των χορδών, φαίνεται ότι τα κουάρκ που βρίσκονται σε σύμπλεξη συνδέονται διαμέσου μιας σκουληκότρυπας.

Βάσει αυτής της θεώρησης η βαρύτητα αναδύεται από την κβαντική σύμπλεξη. Η γεωμετρία που περιγράφει την συγκεκριμένη κατάσταση, αντιμετωπίζει με έναν τελείως διαφορετικό τρόπο τη βαρύτητα και θα μπορούσε ίσως να οδηγήσει σε μια νέα θεωρία ενοποίησης, αλλά σύμφωνα με τον Sonner υπάρχει πολύς δρόμος ακόμα να διανυθεί (ως συνήθως)….

πηγή