В мире физики появилось новое уравнение, которое порадовало бы Эйнштейна. Запомнить его очень просто: ER=EPR. Причем значения символов указывают не на числа, а на имена. E предполагает Эйнштейна, R и P — инициалы соавторов одной из наиболее интригующих эйнштейновских работ. Соединенные вместе, эти символы намерены проложить путь к объединению общей теории относительности с квантовой механикой, пишет Том Зигфрид для Science News.
Квантовая механика и общая теория относительности — крайне успешные теории. Обе они предсказывают специфические феномены, которые способны бросить вызов традиционным концепциям реальности. Причем когда дело доходит до проверки на практике, природа соотносится с требованиями каждой из этих теорий. И хотя обе теории хорошо описывают окружающую действительность, трудно сказать, почему они противятся любым попыткам слияния в одно целое. Но все почему-то считают, что, в конце концов, такое объединение должно произойти. Пока природа сохраняла в тайне варианты и формы их возможного объединения, пишет Том Зигфрид.
Уравнение ER=EPR предполагает, что объединение этих теорий может быть найдено благодаря пространственно-временным тоннелям, известным как червоточины. Существование этих тоннелей подразумевает общая теория относительности Эйнштейна, они представляют собой быстрые подпространственные пути, физически соединяющие отдаленные местоположения. Эти тоннели могут быть альтер-эго таинственных связей между субатомными частицами, которые называются квантовой запутанностью.
В последние 90 лет физики рассматривали два вопроса квантовой теории по отдельности: во-первых, попытку объяснить странный феномен квантовой запутанности, а во-вторых, попытку примирить квантовую механику с гравитацией. Оказывается, если уравнение ER=EPR верно, на оба вопроса существует один ответ: странность квантовой механики может быть объяснена только в ее связи с гравитацией. Червоточины могут продемонстрировать эту связь, пишет автор.
С технической точки зрения червоточины известны как мосты Эйнштейна-Розена (это соотносится с частью «ER» в уравнении). Натан Розен сотрудничал с Эйнштейном, описывая этот феномен в 1935 г. Часть же «EPR» относится к другой работе, опубликованной Эйнштейном в соавторстве с Розеном в том же году, в подготовке этой работы участвовал Борис Подольский. В этой работе были сформулированы парадоксы, связанные с квантовой запутанностью и ее отношением к природе реальности. В течение нескольких десятилетий никто не рассматривал эти работы как нечто связанное. Но в 2013 г. физики Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд предположили, что червоточины и квантовая запутанность описывают одно и то же.
Недавно Сасскинд сформулировал некоторые последствия такого предположения. Например: понимание равенства червоточин и квантовой запутанности может примирить квантовую механику с теорией относительности, особенности такого объединения раскроют тайну самой запутанности, само пространство-время может происходить из квантовой запутанности, а в процессе этого можно разрешить и противоречия в понимании квантовой механики.
Запутанность остается одним из наибольших препятствий в понимании квантовой физики. Например, случается так, что две частицы происходят из одного источника. Согласно квантовому описанию, измерение одной частицы из этой пары даст конкретный результат по второй частице. Но как только одна частица из пары измерена, исследователь сразу знает результат, который получит, измерив вторую частицу пары, независимо от того, как далеко она находится.
Эйнштейн отвергал эту идею, и настаивал, что измерение одной частицы в конкретном месте не способно повлиять на эксперимент, отдаленный в пространстве. Но многие эксперименты бросили вызов мнению Эйнштейна и подтвердили силу запутанности. Хотя информация не может мгновенно передаваться от одной частицы к другой, одна из них, кажется, «знает», что происходит с ее связанным партнером, пишет Зигфрид.
Кроме того, Сасскинд подчеркивает, что квантовые поля также могут быть связаны. Представьте, что Алиса и Боб (архетипические символы для мысленного эксперимента) начинают собирать связанные частицы. Алиса собирает по одной частице пары, а Боб — по второй. Они разлетаются на отдаленные расстояния в космосе, и так плотно сжимаются, что становятся черной дырой. С учетом изначальной запутанности, Алиса и Боб создали две связанных черных дыры. Если уравнение ER=EPR верно, червоточина свяжет эти две дыры; таким образом, запутанность можно описать с использованием геометрии червоточин.
Сасскинд даже предполагает, что две запутанных субатомных частицы могут быть связаны между собой квантовой червоточиной. А поскольку червоточины — это искажения геометрии пространства-времени (описанные гравитационными уравнениями Эйнштейна) объяснение их через квантовую запутанность создаст связь между гравитацией и квантовой механикой.