Kvanttifysiikka on kiehtova, mutta monimutkainen oppiaine, joka on ymmärrettävä, ja yksi asia, joka saa fysiikan opiskelijat hämmästymään, on käsite sotkeutuminen . Tämä tapahtuu, kun fyysikot yrittävät mitata hiukkasen tilaa, ja se vaikuttaa toisen hiukkasen tilaan välittömästi. (Todellisuudessa hiukkaset ovat useissa tiloissa - esimerkiksi pyörivät useisiin suuntiin - ja niiden voidaan sanoa olevan vain yhdessä tai toisessa tilassa, kun ne mitataan.)
'Kauheaa toimintaa etäältä' Albert Einsteinin kerrotaan viittaneen siihen. Tässä on uutta asiaa: Julian Sonner, vanhempi tutkijatohtori Massachusetts Institute of Technologysta, johti tutkimusta, joka osoitti, että kun kaksi näistä kvarkeista luodaan, merkkijonoteoria luo madonreiän, joka yhdistää kvarkit.
MIT:n mukaan tämä voisi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin painovoiman (joka tapahtuu suuressa mittakaavassa) ja kvanttimekaniikan (joka tapahtuu hyvin pienessä mittakaavassa) välistä yhteyttä. Kuten MIT sanoo, fyysikkojen on tähän asti ollut erittäin vaikeaa 'selittää painovoimaa kvanttimekaanisin termein', mikä on aiheuttanut huolen yhden universumia yhdistävän teorian keksimisestä. Ei vielä onnea, mutta monet ihmiset uskovat sen olemassaoloon.
Kvarkit, perushiukkaset, jotka nähdään tässä kolmiulotteisessa tietokoneella luomassa simulaatiossa. PASIEKA/SPL
'On joitain vaikeita kvanttigravitaatiokysymyksiä, joita emme vieläkään ymmärrä, ja olemme hakkaaneet päätämme näitä ongelmia vastaan pitkään', Sonner sanoi. 'Meidän on löydettävä oikeat tiet näiden kysymysten ymmärtämiseksi.'
Kvanttikietoutuminen kuulostaa niin vieraalta kokemuksellemme, koska se näyttää ylittävän valon nopeuden, mikä rikkoo Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa. (Tietenkin nopeusrajoitusta testataan edelleen, minkä vuoksi tiedemiehet olivat niin innoissaan, kun vuoden 2011 kokeessa näytti siltä, että hiukkaset liikkuivat valoa nopeammin, mikä myöhemmin kumottiin viallisen anturin takia.)
Joka tapauksessa uusi tutkimus eteni näin:
– Sonner tutki Juan Maldacenan Institute for Advanced Studysta ja Leonard Susskindin työtä Stanfordin yliopistosta. Fyysikot tutkivat, kuinka sotkeutuvat mustat aukot käyttäytyisivät. ”Kun mustat aukot kietoutuivat ja sitten irrotettiin toisistaan, teoreetikot havaitsivat, että esiin tuli madonreikä – tunneli aika-avaruuden halki, jota painovoiman uskotaan pitävän yhdessä. Ajatus näytti viittaavan siihen, että madonreikien tapauksessa painovoima syntyy perustavanlaatuisemmasta sotkeutuneiden mustien aukkojen ilmiöstä”, MIT totesi.
Kaksi syntymässä olevaa mustaa aukkoa, jotka muodostuivat varhaisen superjättitähden romahtamisesta. Christian Reisswigin (Caltech) visualisoinnista.
– Sonner ryhtyi sitten luomaan kvarkeja nähdäkseen, mitä tapahtuu, kun kaksi sotkeutuu toisiinsa. Sähkökentän avulla hän pystyi saamaan kiinni tyhjiöympäristöstä ulos tulevia hiukkaspareja, joissa oli muutama 'transientiivinen' hiukkanen.
– Kun hän sai hiukkaset kiinni, hän kartoitti ne aika-avaruuteen (neliulotteinen avaruus). Huomaa: painovoiman uskotaan olevan viides ulottuvuus, koska se voi taivuttaa aika-avaruutta, kuten voit nähdä alla olevista galaksikuvista.
– Sonner yritti sitten selvittää, mitä tapahtuisi viidennessä ulottuvuudessa, kun kvarkit sotkeutuivat neljänteen ulottuvuuteen, käyttämällä holografista kaksinaisuutta kutsuvaa jousteoriakonseptia. ”Vaikka hologrammi on kaksiulotteinen esine, se sisältää kaiken tarvittavan tiedon kolmiulotteisen näkymän esittämiseen. Pohjimmiltaan holografinen kaksinaisuus on tapa johtaa monimutkaisempi ulottuvuus seuraavaksi alimmasta ulottuvuudesta”, MIT totesi.
HST WFPC2 -kuva gravitaatiolinssistä galaksijoukossa Abell 2218, mikä osoittaa suuren määrän pimeää ainetta (STScI:n ansio Andrew Fruchter).
– Ja holografisen kaksinaisuuden alla Sonner huomasi, että madonreikä syntyisi. Seurauksena on painovoimaitsesaattaa johtua näiden hiukkasten sotkeutumisesta, ja että universumissa näkemämme taipuminen johtuisi myös sotkeutumisesta.
'Se on tähän mennessä yksinkertaisin esitys, jossa takertuminen synnyttää jonkinlaisen geometrian', Sonner totesi. 'Mitä tapahtuu, jos osa tästä sotkeutumisesta katoaa, ja mitä tapahtuu geometrialle? On monia teitä, joita voidaan ajaa, ja siinä mielessä tämä työ voi osoittautua erittäin hyödylliseksi.'
Voit katsoa tutkimuksen osoitteessa Physical Review Letters .