この進歩はとてもメタです。理論物理学者は、エンタングルメントの概念間の関連性を築き上げました —それ自体は、広く離れた 2 つの粒子間の神秘的な量子力学的接続であり、ワームホール — 宇宙を通る近道として機能するブラック ホール間の仮説上の接続です。この洞察は、物理学者が量子力学とアインシュタインの一般相対性理論、おそらく理論物理学における最大の目標を調和させるのに役立つ可能性があります。しかし、一部の専門家は、この関係は単なる数学的アナロジーに過ぎないと主張しています.
エンタングルメントは量子粒子を結びつけ、1 つをいじるとすぐに別の粒子に影響を与えることができます。素粒子の領域を支配する奇妙な量子法則によれば、小さな粒子は同時に 2 つの反対の状態または状態になることができます。たとえば、原子は一方向または逆方向 (上向きまたは下向き) にスピンすることも、同時に両方の方向にスピンすることもできます。ただし、その双方向状態は、原子のスピンが測定されるまでしか続きませんが、その時点で、原子は上または下の状態に「崩壊」します。次に、2 つの原子が絡み合って、両方が同時に 2 つの方向にスピンしますが、それらのスピンは完全に相関しているため、たとえば反対方向を向いています。次に、最初の原子が測定され、スピンが上向きであることが判明した場合、2 番目の原子は、光年離れていても、すぐにダウン状態に崩壊します。
一方、ワームホールは、アルバート アインシュタインの一般相対性理論の予測であり、大質量の物体がどのように空間と時間、または時空をゆがめ、重力と呼ばれる効果を生み出すかを説明しています。オブジェクトが十分に大きい場合、時空にじょうごのような穴ができて、光さえもそこから逃げることができないほど急勾配になる可能性があります。これがブラック ホールです。原則として、大きく離れた 2 つのブラック ホールが背中合わせのラッパのホーンのように接続して、ワームホールと呼ばれる時空のショートカットを作ることができます。
一見すると、エンタングルメントとワームホールはどちらも、光より速く移動することはできないというアインシュタインの格言を回避する方法を提供しているように見えます。しかし、どちらの場合も、その希望は打ち砕かれます。エンタングルメントを使用して、光よりも速く信号を送信することはできません。これは、最初の原子の測定出力を制御できず、離れた原子の状態を故意に設定できないためです。同様に、反対側のブラック ホールから逃れることは不可能なので、ワームホールを通り抜けることはできません。それでも、つながりはあります。 6月、ニュージャージー州プリンストン高等研究所の理論家Juan Maldacenaと、カリフォルニア州パロアルトのスタンフォード大学の理論家Leonard Susskindは、2つのブラックホールの量子状態が絡み合うことを想像しました。次に、ブラックホールを引き離すことを想像しました。それが起こると、2 つのブラック ホールの間に正真正銘のワームホールが形成されると彼らは主張しました。
研究者はブラックホールから始めたので、それはおそらくそれほど驚くべきことではありませんでした.しかし現在、2 つの独立した科学者チームは、陽子と中性子を構成するクォークなど、2 つの通常の量子粒子間にワームホール接続を作成することも可能であると述べています。
カナダのビクトリア大学の Kristan Jensen とシアトルのワシントン大学の Andreas Karch は、通常の 3D 空間に存在するもつれたクォークと反クォークのペアを想像することから始めます 、Physical Review Letters で 11 月 20 日にオンラインで説明したように . 2つのクォークは互いに遠ざかり、光速に近づき、一方から他方へ信号を渡すことができなくなります。研究者は、クォークが存在する 3D 空間が 4D 世界の仮想的な境界であると想定しています。この 3D 空間では、絡み合ったペアが一種の概念的な紐で結ばれています。しかし、4D 空間では、ストリングはワームホールになります。
ケンブリッジにあるマサチューセッツ工科大学の Julian Sonner は、Karch と Jensen の研究に基づいています。彼は強い電場で出現するクォークと反クォークのペアを想像します 、反対方向に加速する逆に荷電された粒子を送ります。 Sonner はまた、11 月 20 日に Physical Review Letters でオンラインで報告したように、3D 世界の絡み合った粒子が 4D 世界のワームホールによって接続されていることを発見しました。 .
この結果に到達するために、Jensen、Karch、および Sonner は、いわゆるホログラフィック原理を使用します。これは、与えられた空間での重力のある量子論は、重力のある空間での重力のない量子論と同等であると述べている Maldacena によって発明された概念です。元の空間の境界を構成するより少ない次元。つまり、4D 空間内のブラック ホールとそれらの間のワームホールは、3D の境界に存在するホログラフィック投影と数学的に同等です。これらの投影は本質的に素粒子であり、量子力学の法則に従って機能し、重力やそれらを接続する文字列はありません。 「ワームホールと絡み合ったペアは同じ空間に住んでいません」とカーチは言います。しかし、彼は、数学的には同等であると付け加えています。
しかし、これはどれほど大きな洞察でしょうか?それはあなたが誰に尋ねるかによります。 Susskind と Maldacena は、両方の論文で、元の量子粒子が重力のない空間に存在していることに注目しています。私たちの世界の単純化された重力のない 3D モデルでは、ブラック ホールやワームホールはあり得ない、と Susskind は付け加えます。ワームホールとエンタングルメントの等価性は、「重力のある理論でのみ意味があります」と Susskind は言います。
しかし、Karch と同僚は、彼らの計算は Maldacena と Susskind の理論を検証するための重要な第一歩であると言います。重力のないおもちゃのモデルは、「ワームホールの幾何学とエンタングルメントが同じ物理的現実の異なる表現である可能性があるという考えを具体的に実現します」と Karch は言います。
