Κυριακή, 12 Μαρτίου 2017

Σκουληκότρυπες και κβαντική διεμπλοκή

mauri-trupaΣε δύο ξεχωριστά άρθρα που δημοσιεύονται στο περιοδικό Physical Review Letters, τρεις ερευνητές υποστηρίζουν πως το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής, συνεπάγεται τη δημιουργία μίας σκουληκότρυπας μεταξύ των εμπλεκόμενων σωματιδίων, ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην έρευνα για μία κβαντική θεωρία βαρύτητας.

H κβαντική διεμπλοκή υποστηρίζει πως όταν δύο σωματίδια έχουν αλληλεπιδράσει και βρίσκονται σε διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις (αντίθετη φορά σπιν για παράδειγμα), διατηρούν αυτή την ιδιότητα σε οποιοδήποτε σημείο του Σύμπαντος και αν βρίσκονται.

Αλλάζοντας τη κβαντική κατάσταση ενός από τα δύο σωματίδια, επηρεάζουμε ταυτόχρονα και την κατάσταση του άλλου, κάτι όμως που αντιτίθεται στη κεντρική ιδέα της θεωρίας της σχετικότητας πως τίποτε δεν κινείται (ή μεταδίδεται) ταχύτερα από το φως.
 
Τι είναι όμως αυτό που προκαλεί την άμεση μετάδοση μιας ιδιότητας από ένα σημείο του χωροχρόνου σε ένα άλλο;
 
Νωρίτερα οι διάσημοι φυσικοί Χουάν Μαλντασένα και Λέοναρντ Σούσκιντ είχαν δείξει πως δύο μαύρες τρύπες που βρίσκονται αρχικά σε κατάσταση διεμπλοκής και στη συνέχεια απομακρύνονται η μία από την άλλη, τότε μεταξύ τους σχηματίζεται ένα βαρυτικό τούνελ, γνωστό και ως σκουληκότρυπα. Οι σκουληκότρυπες είναι στην ουσία συντομεύσεις που παρακάμπτουν το χώρο μεταξύ δύο διαφορετικών σημείων και προβλέπονται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.
 
skoulikotrupa
Διάγραμμα που απεικονίζει την σκουληκότρυπα, δηλαδή συντομεύσεις που παρακάμπτουν το χώρο μεταξύ δύο διαφορετικών σημείων και προβλέπονται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.
 
Ο ερευνητής Τζούλιαν Σόνερ από το ΜΙΤ, και ανεξάρτητα οι Κρίστιαν Γένσεν και Αντρέας Καρχ από τα πανεπιστήμια Βικτόρια και Ουάσινγτον αντίστοιχα, μέσα από το πρίσμα της θεωρίας χορδών εξέλιξαν περαιτέρω τη συγκεκριμένη ιδέα, βρίσκοντας πως σκουληκότρυπες δημιουργούνται ακόμη και μεταξύ δύο σωματιδίων που έχουν μπλεχτεί κβαντικά.
 
Οι ερευνητές περιέγραψαν δύο κουάρκ (τους δομικούς λίθους των πρωτονίων και των νετρονίων), που έχουν δημιουργηθεί από το κενό σύμφωνα με το φαινόμενο Σβίνγκερ, τα οποία κατοικούν σε ένα τετραδιάστατο χωροχρόνο. Σύμφωνα με τη θεώρησή τους, η βαρύτητα κατοικεί σε μία πέμπτη διάσταση, από όπου και δρα για να καμπυλώσει τις υπόλοιπες τέσσερις διαστάσεις. Χρησιμοποιώντας τεχνικές τις θεωρίες χορδών προέκυψε πως η δημιουργία των δύο κουάρκ συνεπάγεται και μία ταυτόχρονη δημιουργία μιας σκουληκότρυπας που τα συνδέει. Σε βαθύτερο επίπεδο οι ερευνητές ανακάλυψαν και μία γεωμετρία που περιέγραφε τη συγκεκριμένη κατάσταση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μία νέα θεωρία βαρύτητας.  
 
Εάν ευσταθεί η θεώρηση αυτή, ίσως η βαρύτητα να μην είναι θεμελιώδης δύναμη της φύσης, αλλά να προκύπτει ως αποτέλεσμα της κβαντικής διεμπλοκής. Κάτι τέτοιο θα ήταν αναμφίβολα ένα μεγάλο βήμα για την επιστήμη, καθώς η ενοποίηση της Γενικής Σχετικότητας με τη κβαντική μηχανική σε μία ενιαία θεωρία κβαντικής βαρύτητας, αποτελεί ίσως τη μεγαλύτερη πρόκληση της σύγχρονης φυσικής.