Можно ли квантово запутаться без кротовой норы?

«Гравитация — следствие возникновения кротовой норы между парой квантово запутанных частиц». Опять струнники чудят или всё же это теоретический прорыв?

Квантовое запутывание — это... Впрочем, всякий знает, что это такое. Поэтому коротко: две частицы, каждая из которых находится более чем в одном состоянии одновременно (суперпозиция, условно говоря, вращается сразу по часовой и против), развлекаются своим вращением, пока одну из них всё-таки не измерят (чтобы понять, в какую сторону она всё же вращается). В момент измерения частицы, словно пара школьников, замерших среди пустых бутылок, когда в комнату входят возвратившиеся с дачи родители, впадают в одно и то же состояние. Не важно, будет ли это ступор или заталкивание бычков под ковёр, оба станут делать одно и то же. Отличия от нашей аналогии со школьниками в том, что даже если одна частица отстоит от другой на 90 млрд световых лет, как только будет измерено состояние первой, вторая тут же примется заметать окурки (ну или что там делает первая...).


Отсюда вопросы: что позволяет частицам мгновенно взаимодействовать на вышеупомянутых 100 млрд световых лет? И как быть со справедливо зафетишизированной скоростью света?

В 2013 году группа физиков предположила: ответом является наличие кротовых нор (червоточин, гравитационных туннелей, произвольное множество имён), соединяющих две частицы, которые находятся в состоянии квантовой запутанности. Следовательно, создав такое запутывание между парой чёрных дыр и затем отбуксировав их в разные концы Вселенной, можно получить кротовую дыру между ними (в упрощённом описании), позволяющую практически мгновенно взаимодействовать на любом расстоянии.

И вот теперь Джулиан Соннер (Julian Sonner) из Массачусетского технологического института (США) взглянул на историю взаимодействия таких частиц, надев очки сторонника теории струн. Посчитав, к чему приведёт процесс запутывания двух кварков — мельчайших достоверно известных на сегодня кирпичиков материи, — он пришёл к выводу, что уже сам процесс такого запутывания создаст между ними кротовую нору, делающую доступным этот самый неограниченно быстрый вид «связи» на любые расстояния...

Да, мы приветствуем комментарии в духе «В этой статье воображение накладывается на воображение... и этот бред развивается до бесконечности», и «А как же скорость света?», и «Всё равно передача по такому каналу не выйдет», но тем не менее следует понять, что если точка зрения г-на Соннера верна, то между двумя запутанными частицами до некоторой степени всё же существует связь, хотя и довольно экзотическая, кротовонорная.

Что дальше? Очевидно, что, начав с такого, глупо останавливаться на малом, поэтому теоретик переходит к «развенчиванию» гравитации. В устах сторонников такого рода взглядов позитивно смотрится догадка о том, что гравитация — это не фундаментальное взаимодействие, а в конечном счёте следствие квантового запутывания. Поясним этот вывод.

Может показаться, что гравитация — плоть от плоти теории относительности и, в сущности, сама суть ОТО — до некоторой степени прямо конфликтует с квантовым эффектом, благо с квантовой точки зрения гравитация до сих выглядит не очень объяснимо. И наоборот, наличие «связи» между частицами, которая реагирует быстрее, чем позволяет скорость света, противоречит ОТО. Однако, с точки зрения г-на Соннера, использование концепции квантового запутывания для «построения» теоретического видения пространства-времени может быть большим шагом к примирению законов квантовой механики и общей теории относительности.

Сначала учёный рассмотрел возникновение пары квантово запутанных частиц (кварков) из вакуума при помощи эффекта Швингера (появления пар частиц «из ничего» под действием электрического поля). Затем «нанёс их на карту» в четырёхмерном пространстве (три измерения плюс время). Однако гравитация с точки зрения такого подхода суть пятое измерение, и чтобы увидеть, что за геометрия может возникнуть в пятом измерении от запутанных частиц в четвёртом, г-н Соннер использовал концепцию голографической дуальности (ГД).

Да, теперь ещё и о ней. Хотя голограмма — объект двумерный (плоский), она содержит (в идеале) всю информацию, важную для воспроизведения объекта объёмного, трёхмерного. Вышеупомянутой дуальностью в квантовой теории называют связь между теорией гравитации в некотором мире и определённой теорией элементарных частиц, живущих на «границе» этого мира. ГД уверяет, что теория элементарных частиц на «границе» и теория гравитации «в объёме» являются одной и той же теорией, просто одна — «сложенная», а другая — «разложенная». Условно говоря, одну теорию пишут слоны-физики, ещё не наступившие на исследуемого человека, а другую — уже приведшие его к полной двухмерности. Вся разница этой аллегории с реальным миром в том, что мы — люди, а соответствующие группы теорий — скорее слоны, то есть непосредственная проверка их внутренней сущности для нас несколько усложнена относительно вышеприведенной аналогии. Заранее предупреждаем: запутанность и кротовая нора не сосуществуют в одном и том же по количеству измерений пространстве, но при этом они математически эквивалентны.

Возвращаемся к Джулиану Соннеру. Используя голографическую дуальность, он вывел два запутанных кварка и обнаружил, что возникшие следствия дуальности прямо указывают на формирование между обоими кварками кротовой норы. Собственно говоря, получилось, что сам факт создания запутанных кварков из вакуума сразу же ведёт к возникновению между ними кротоноры.

Фундаментальнее говоря, гравитация, которая составляет суть кротовой норы и делает возможным её возникновение, в таком случае является прямым следствием существовании квантовой запутанности.

Ещё больше упрощая, можно сказать, что гравитация на макроуровне может быть следствием квантовой запутанности на уровне микромира. Само воздействие на геометрию Вселенной или её искривление классической гравитацией может быть следствием запутывания — таким же, к примеру, как между парами частиц, связанными друг с другом кротовой норой-туннелем.


«Это самое фундаментальное на сегодня описание, в котором [квантовая] запутанность порождает некий вид геометрии, — подчёркивает теоретик. — Что случится, если что-то из этого запутывания будет потеряно? Что произойдёт тогда с геометрией? Здесь много вариантов для дальнейшего исследования, в и этом смысле работа может оказаться очень полезной...»

Препринт исследования доступен здесь.

Подготовлено по материалам MIT News