Квантово заплитане е източник на холографското пространство

Физици и математици от Япония и Калифорния начело с Хироши Оогури (Hirosi Ooguri) са направили значителна крачка към обединяването в едно цяло на общата теория на относителността и квантовата механика.

Работата на учените, публикувана в изданието Physical Review Letters, поставя нова фундаментална база под така наречената теория на всичко (Theory of Everything, ToE), описвайки как пространствено-времевият континуум се образува на базата на явлението квантово заплитане.

Учените отдавна се опитват да създадат теория на всичко, способна да опише всички явления, наблюдавани в околния свят на всичките му нива. Общата теория на относителността обяснява природата на гравитацията, процесите на мащабните космологични образувания и явления, като динамиката на съществуване и движение на звездите, галактиките и други масивни космически обекти. Квантовата механика на свой ред обяснява процесите и явленията, протичащи на най-малкото ниво, от молекулярно до ниво субатомни частици.

Двете теории влизат в противоречие на Планкови мащаби (Планковата дължина е равна на 1,62х10^-35 м, което е 2х10²⁰ пъти по-малко от „диаметъра“ на протона), тъй като на тях в ОТО е необходимо отчитането на квантовите поправки. Така в черна дупка квантовите ефекти водят до нейното изпарение. Квантовата версия на ОТО, получавана от квантуване на класическите полета, се оказва непренормируема, тоест нейните наблюдаеми величини не може да се направят крайни.

Една от съставките на хипотетичната теория на всичко се явява холографският принцип. Той твърди, че гравитацията в триизмерен обем може да бъде описана от квантовата теория на двуизмерна повърхност, ограничаваща триизмерния обем. В резултат на това трите обичайни пространствени измерения се появяват от повърхността на проекция, която има само две измерения. Но досега никой не е успявал да разбере и обясни механизмите, отговорни за появата на трето „обемно“ измерение.

Хироши Оогури и колегите му изяснили, че ключов момент на споменатите механизми се явява квантовото заплитане. Използвайки теорията на квантовата механика, която не описва гравитацията, учените са изчислили показателя на плътност на енергията, явяваща се източник на гравитационните взаимодействия в трите измерения. Този механизъм на проектиране с помощта на квантовото заплитане е подобен на начина, по който лекарите разбират за проблемите в организма, разглеждайки плоски рентгенови снимки.

Математическо съотношение, получено от Оогури и колегите му, свързва локалните данни за гравитацията (червената точка) с квантовото заплитане, информация за което се съдържа на двуизмерна повърхност (сините полусфери).
© Jennifer Lin

Такъв подход е позволил на учените да интерпретират универсалните свойства на квантовото заплитане като параметри от плътността на енергия, която се явява основа на теорията на квантовата гравитация.

Учените и преди са се опитвали да разберат взаимовръзката между гравитацията и квантовото заплитане, но точната роля на тази взаимовръзка във формирането на пространствено-времевия континуум не била докрай ясна.

Квантовото заплитане е явление, чрез което квантовото състояние, като посоката на въртене на частицата или поляризацията на фотона, може моментално да бъде предадено от една заплетена частица към друга, независимо от разделящото ги разстояние. Алберт Айнщайн е наричал това явление „призрачно действие на разстояние“, а работата на Хироши Оогури доказва, че именно квантовото заплитане произвежда допълнителни пространствени измерения.

„Преди известно време беше известно, че квантовото заплитане е свързано с фундаменталните проблеми и парадокси, пречещи за обединяването на ОТО и квантовата механика – разказва Оогури. – Нашата работа хвърля нова светлина на отношенията и определя математическите зависимости между квантовото заплитане и структурата на пространство-времето на най-микроскопично ниво.

Освен това нашата теория се явява нещо като интерфейс между квантовата гравитация и потоците информация, циркулираща в обичайното триизмерно пространство. И за нашите бъдещи изследвания ще привлечем специалисти в областта на информационните технологии, с чиято помощ да продължим изследванията в тази насока.“