Grawitacja pochodzi ze splątania?

Upiorne działanie na odległość, takim mianem określił Albert Einstein splątanie kwantowe. W tym zadziwiającym zjawisku udział biorą co najmniej dwie cząstki, z których każda znajduje się w superpozycji, czyli przyjmuje wiele stanów jednocześnie. Żaden z nich nie jest stanem jedynym, określonym dopóty, dopóki nie dokonamy pomiaru. Jednak gdy tylko zmierzymy jedną ze splątanych cząstek, druga jednocześnie przyjmuje odpowiadający stan przeciwny. Dzieje się tak, niezależnie od odległości dzielącej obie cząstki. To wskazuje, że pomiędzy cząstkami istnieje wymiana informacji i odbywa się ona szybciej od prędkości światła.

Przed kilkoma miesiącami grupa fizyków zaproponowała teorię, zgodnie z którą pomiędzy cząstkami istnieje tunel czasoprzestrzenny i przeprowadzili teoretyczne symulacje dla dwóch splątanych czarnych dziur.

Teraz naukowcy z MIT-u teoretycznie odkryli, opierając się na teorii strun, że utworzenie pary splątanych kwarków - podstawowych cegiełek materii - natychmiast prowadzi do pojawienia się między nimi tunelu czasoprzestrzennego. Jeśli te przypuszczenia się prawdziwe, to pozwalają założyć, że grawitacja nie jest jednym z oddziaływań podstawowych - czyli oddziaływań nie dających się sprowadzić do innych - ale wywodzi się ze splątania kwantowego.

Od ponad stu lat naukowcy nie mogą poradzić sobie z jednym z wielkich wyzwań fizyki - wyjaśnieniem zjawiska grawitacji na polu mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa bardzo dobrze opisuje oddziaływania w świecie mikro, jednak kompletnie zawodzi jeśli chcemy objaśnić działanie grawitacji. A grawitacja to jeden z fundamentów teorii względności. Jako, że dotychczas naukowcy nie poradzili sobie z problemem grawitacji, nie jest możliwe połączenie mechaniki kwantowej i teorii względności jednym wspólnym opisem. Wydaje się bowiem, że koncepcja kwantowego splątania, w którym dwie oddalone cząstki komunikują się ze sobą z prędkością przekraczającą prądkość światła jest nie do pogodzenia z teorią względności, wedle której nic nie może poruszać się szybciej niż światło.

W lipcu bieżącego roku Juan Maldacena z Institute of Advanced Study i Leonard Susskind z Uniwersytetu Stanforda zaproponowali teoretyczne rozwiązanie wspomnianej sprzeczności. Stwierdzili, że uformowanie dwóch splątanych czarnych dziur i ich oddalenie od siebie doprowadzi do pojawienia się pomiędzy nimi tunelu czasoprzestrzennego, którego istnienie jest utrzymywane przez grawitację. To wskazywało, że - przynajmniej jeśli chodzi o tunele czasoprzestrzenne - grawitacja istnieje dzięki splątaniu.

Julian Soner z MIT-u zbadał teorię Maldaceny i Susskinda na gruncie kwarków. Najpierw teoretycznie rozważył stworzenie pary spłątanych kwarków korzystając przy tym z mechanizmu Schwingera. Próżnia jest miejscem, w którym bez przerwy pojawiają się i znikają cząstki. Zgodnie z założeniem Schwingera, odpowiednie pole elektryczne pozwala na złapanie pary cząstek, zanim ona zniknie. Cząstki takie, gdy zostaną przechwycone, uznaje się za splątane. Sonner nałożył takie cząstki na czterowymiarową przestrzeń, czyli taką, która zawiera trzy wymiary i czas. Zgodnie z teoriami grawitacja istnieje w piątym wymiarze i zagina czasoprzestrzeń.

Uczony, chcąc zbadać, jak pod wpływem splątanych kwarków w czterowymiarowej przestrzeni będzie wyglądała geometria piątego wymiaru, wykorzystał znaną z teorii strun zasadę holograficzną. Zgodnie z nią hologram jest obiektem dwuwymiarowym, ale zawiera wszystkie informacje potrzebne do zaprezentowania przestrzeni trójwymiarowej. Innymi słowy, zasada holograficzna pozwala na opisanie wymiaru bardziej złożonego za pomocą mniej złożonego. Posługując się wspomnianymi teoriami Sonner odkrył, że pomiędzy splątanymi kwarkami powstaje tunel czasoprzestrzenny, a wyniki jego teoretycznych rozważań sugerują, że grawitacja pochodzi ze splątania kwantowego. Co więcej, geometria wszechświata opisywana na gruncie grawitacji może być konsekwencją kwantowego splątania. To najbardziej podstawowa z dotychczas zaprezentowanych hipotez, w których kwantowe splątanie wpływa na geometrię. Co zatem dzieje się, gdy splątanie zostanie utracone, co się stanie z geometrią? - zastanawia się Sonner.

grawitacja splątanie kwantowe tunel czasoprzestrzenny