Кусковые «гусеничные червоточины» могут соединять запутанные черные дыры

Математическая модель предполагает, что когда пара черных дыр квантово запутывается, это может привести к образованию неоднородного туннеля пространства-времени между ними.

Что происходит, когда две чёрные дыры соединяются неразрывной квантовой связью? Расчёты показывают, что это может привести к образованию ухабистого пространственно-временного туннеля, называемого «гусеницей Эйнштейна-Розена».

Имя Альберта Эйнштейна связывает две совершенно разные физические странности: первая называется мостом Эйнштейна-Розена – кротовой норой, или туннелем, соединяющим удалённые точки пространства-времени, – а вторая известна как пара Эйнштейна-Подольского-Розена, в которой две частицы связаны неразделимым свойством, называемым квантовой запутанностью. В 2013 году физики Хуан Малдасена из Принстонского университета в Нью-Джерси и Леонард Сасскинд из Стэнфордского университета в Калифорнии предположили, что в случае с чёрными дырами эти два явления могут быть эквивалентны.

Брайан Суингл из Университета Брандейса в Массачусетсе и его коллеги обнаружили, что это может быть верно лишь в некоторых случаях. Они провели математический анализ группы запутанных чёрных дыр и обнаружили, что ситуация сложнее и неоднороднее, чем казалось ранее.

Суингл говорит, что изучение червоточин, соединяющих квантово-запутанные черные дыры, в конечном итоге помогает исследователям лучше понять внутреннее строение черных дыр – малоизученные места, полные тайн из-за необычайно сильной гравитации. Математические модели показывают, что размер внутреннего строения черной дыры соответствует ее сложности – насколько она сложна на уровне самых базовых, квантовых, структурных элементов. Исследователи задались вопросом, существует ли аналогичное правило для червоточин, соединяющих пару черных дыр.

Это сложная задача, поскольку для полного понимания запутанности чёрных дыр потребовалась бы полная теория квантовой гравитации, которую физики ещё не сформулировали. Вместо этого команда использовала модель, которая связывает квантовую физику и гравитацию не полностью, но должна быть достаточно реалистичной, чтобы всё же предлагать ценные идеи, говорит Суингл.

Он и его коллеги обнаружили математическое соответствие между количеством микроскопической квантовой случайности, содержащейся в червоточине, и её геометрической длиной. Их расчёты показали, что типичная червоточина с меньшей вероятностью будет гладкой и с большей вероятностью будет содержать неровности, состоящие из материи, что и дало ей сравнение с гусеницей. Суингл утверждает, что это отличается от результата 2013 года, который может применяться к особым, а потому менее распространённым случаям, когда запутанное состояние чёрных дыр приводило к образованию гладкой червоточины между ними.

Дональд Маролф из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре отмечает, что новая работа проливает свет на запутанные чёрные дыры, но всё ещё не описывает наиболее распространённый случай такой запутанности. Он отмечает, что совокупность всех теоретически возможных состояний чёрных дыр довольно велика — больше, чем все чёрные дыры, существующие в нашей Вселенной, — и потребуются дополнительные теоретические исследования, чтобы окончательно определить, какое состояние связанности наиболее вероятно для пары чёрных дыр.

По словам Суингла, часть этих будущих исследований может включать использование квантовых компьютеров для моделирования космических чёрных дыр и гусеничных червоточин. Поскольку подход его команды предполагал соединение упрощённой квантовой теории и теории гравитации, как только квантовые компьютеры станут более мощными и надёжными, их можно будет использовать для изучения как квантовой теории, так и новых идей о гравитации, говорит он. В новом расчёте уже используются некоторые элементы квантовой теории информации, поэтому возможны захватывающие разработки и в другом направлении, где изучение тайн гравитации вдохновит на создание новых алгоритмов квантовых вычислений, считает Суингл.

Physical Review Letters DOI: 10.1103/btw6-44ry

Источник: www.newscientist.com