Квантна „магија“ и хаос црне рупе могли би да помогну у објашњењу порекла простор-времена

Физичари по први пут повезују квантно својство магије са хаотичном природом црних рупа.

Нова математичка анализа тројице РИКЕН физичара сугерише да би квантно својство названо „магија“ могло бити кључ за објашњење како настају простор и време.

Тешко је замислити било шта фундаменталније од структуре простор-времена која подупире универзум, али теоретски физичари доводе у питање ову претпоставку. „Физичари су дуго били фасцинирани могућношћу да простор и време нису фундаментални, већ да су изведени из нечег дубљег“, каже Канато Гото из РИКЕН-овог Интердисциплинарних теоријских и математичких наука (иТХЕМС).

Поглед на супермасиву црну рупу М87. РИКЕН теоријски физичари су по први пут повезали хаотичну природу црних рупа са квантним својством магије. Кредит: ЕХТ Цоллаборатион

Ова идеја је добила подстицај 1990-их, када је теоријски физичар Хуан Малдасена повезао теорију гравитације која управља простор-време са теоријом која укључује квантне честице. Конкретно, замислите хипотетички простор – који би се могао замислити као окружен нечим попут бесконачне конзерве за супу или „кластера“ – који садржи ствари попут црних рупа на које утиче гравитација. Малдацена је такође замишљао честице које се крећу по површини лименке, које контролише квантна механика. Схватио је да је квантна теорија која се користи за описивање честица на граници у математици еквивалентна гравитационој теорији која описује црне рупе и простор-време унутар кластера.

„Овај однос указује на то да сам простор-време у суштини не постоји, већ произлази из неке квантне природе“, каже Гото. Физичари покушавају да схвате које је квантно својство кључно.

Канато Гото и двојица његових колега спровели су анализу користећи црвоточине која баца светло на парадокс информација о црној рупи. Кредит: © 2022 РИКЕН

Првобитна мисао је била да је квантна запетљаност — која повезује честице без обзира колико су удаљене — најважнији фактор: што је више замршених честица на граници, то је глаткији простор-време унутар кластера.

„Али само гледање на степен запетљаности на граници не може објаснити сва својства црних рупа, на пример, како њихова унутрашњост може да расте“, каже Гуто.

Тако су Гото и његове колеге из иТХЕМС-а Томоки Носака и Масахиро Нозаки тражили други квант који би могао да се примени на гранични режим и који би такође могао бити мапиран на масу да би потпуније описао црне рупе. Посебно су приметили да црне рупе имају хаотично својство које треба описати.

Када нешто убаците[{“ attribute=““>black hole, information about it gets scrambled and cannot be recovered,” says Goto. “This scrambling is a manifestation of chaos.”

The team came across ‘magic’, which is a mathematical measure of how difficult a quantum state is to simulate using an ordinary classical (non-quantum) computer. Their calculations showed that in a chaotic system almost any state will evolve into one that is ‘maximally magical’—the most difficult to simulate.

This provides the first direct link between the quantum property of magic and the chaotic nature of black holes. “This finding suggests that magic is strongly involved in the emergence of spacetime,” says Goto.

Reference: “Probing chaos by magic monotones” by Kanato Goto, Tomoki Nosaka and Masahiro Nozaki, 19 December 2022, Physical Review D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.106.126009