Tidak, fisikawan belum membuat lubang cacing yang nyata. Apa yang mereka lakukan masih bagus

Lubang cacing adalah kiasan sci-fi klasik di media populer, jika hanya karena mereka menyediakan perangkat berita futuristik yang praktis untuk menghindari masalah pelanggaran relativitas dengan perjalanan yang lebih cepat dari cahaya. Faktanya, ini murni teoretis. Tidak seperti lubang hitam – yang juga dianggap teoretis murni – tidak ada bukti lubang cacing nyata yang ditemukan, meskipun menarik dari sudut pandang fisika teoretis abstrak. Anda mungkin dimaafkan jika berpikir keadaan yang belum ditemukan telah bergeser jika Anda hanya membaca berita utama minggu ini yang mengumumkan bahwa fisikawan menggunakan Komputer kuantum untuk membuat lubang cacing, yang melaporkan A daun baru Diterbitkan di Alam.

Mari kita luruskan: Ini bukan lubang cacing bonafide yang dapat dilintasi – katakanlah, jembatan antara dua wilayah ruang-waktu yang menghubungkan mulut satu lubang hitam ke lubang hitam lainnya, yang dapat dilalui benda fisik – di dunia nyata mana pun. pengertian fisik. “Ada perbedaan antara sesuatu yang mungkin pada prinsipnya dan mungkin dalam praktiknya,” kata rekan penulis Fermilab Joseph Leiken selama pengarahan minggu ini. “Jadi jangan menahan nafas tentang mengirim anjingmu melalui lubang cacing.” Tapi dia masih sangat pintar. pengalaman hebat Dengan sendirinya, ini memberikan bukti prinsip yang menarik untuk jenis eksperimen fisika pada skala kuantum yang mungkin terjadi saat komputer kuantum terus berkembang.

“Ini bukan hal yang nyata; itu bahkan tidak mendekati hal yang nyata; itu bahkan bukan simulasi dari sesuatu yang tidak dekat dengan kenyataan,” fisikawan Matt Strassler menulis di blognya. Bisakah metode ini mengarah ke simulasi lubang cacing nyata suatu hari nanti? Mungkin di masa depan yang jauh. Mungkinkah itu mengarah ke lubang cacing nyata? Tidak pernah.

Jadi apa hal ini itu “diciptakan” Di komputer kuantum jika itu bukan lubang cacing yang sebenarnya? analog? model permainan? Rekan penulis Maria Spiropolo dari Caltech mencatat bahwa ini adalah sebuah novel “Protokol Teleportasi WormholeSelama pengarahan. Anda bisa menyebutnya simulasi, tetapi seperti yang ditulis Strassler, itu kurang tepat. Fisikawan telah mensimulasikan lubang cacing pada komputer klasik, tetapi tidak ada sistem fisik yang dibuat dalam simulasi tersebut. Itu sebabnya penulis lebih suka istilah “percobaan kuantum”. karena mereka mampu menggunakannya Komputer kuantum Google Sycamore untuk membuat sistem kuantum yang sangat terjerat dan melakukan pengukuran langsung terhadap properti kunci tertentu. Properti ini konsisten dengan deskripsi teoretis tentang dinamika lubang cacing yang dapat dilalui – tetapi hanya dalam model teoretis ruang-waktu yang disederhanakan.

Menyamakan dijelaskan untuk The New York Times sebagai “lubang cacing terkecil yang bisa dibayangkan.” Meski begitu, mungkin “gugusan atom dengan sifat seperti lubang cacing” akan lebih akurat. Apa yang membuat terobosan ini menarik dan berpotensi penting adalah bagaimana eksperimen ini mendapat manfaat dari beberapa karya terbaru yang paling berpengaruh dan menarik dalam fisika teoretis. Tetapi untuk memahami dengan tepat apa yang telah dilakukan dan mengapa itu penting, kita perlu melakukan perjalanan yang agak berkelok-kelok melalui beberapa abstraksi yang kuat selama hampir satu abad.

Meninjau kembali prinsip hologram

Mari kita mulai dengan apa yang dikenal sebagai prinsip holografik. Dengan demikian saya telah menulis Sebelumnya, hampir 30 tahun yang lalu, fisikawan teoretis memperkenalkan teori mind-bending yang mengemukakan bahwa alam semesta tiga dimensi kita adalah Sebenarnya hologram. Itu Prinsip holografi Ini dimulai sebagai solusi yang diusulkan untuk Paradoks informasi lubang hitam pada 1990-an Lubang hitam, seperti yang dijelaskan oleh relativitas umum, adalah benda sederhana. Yang Anda perlukan untuk menggambarkannya secara matematis adalah massa dan putarannya, serta muatan listriknya. Jadi tidak akan ada perubahan nyata jika Anda melemparkan sesuatu ke dalam lubang hitam – tidak ada yang bisa memberi petunjuk tentang benda apa itu. Informasi ini hilang.

Tetapi masalah muncul ketika gravitasi kuantum muncul karena aturan mekanika kuantum menyatakan bahwa informasi tidak akan pernah dapat dihancurkan. Dan dalam mekanika kuantum, lubang hitam adalah objek yang sangat kompleks, dan oleh karena itu harus mengandung banyak informasi. Jacob Bekenstein menyadari pada tahun 1974 bahwa lubang hitam juga memiliki entropi. Stephen Hawking mencoba membuktikan bahwa dia salah tetapi malah terbukti benar, menyimpulkan bahwa lubang hitam pasti menghasilkan semacam radiasi panas.

Jadi lubang hitam juga harus memiliki entropi, dan Hawking adalah orang pertama yang menghitung entropi itu. Dia juga memperkenalkan gagasan “radiasi Hawking”: lubang hitam akan memancarkan sejumlah kecil energi, mengurangi massanya dengan jumlah yang sesuai. Seiring waktu, lubang hitam akan menguap. Semakin kecil lubang hitam, semakin cepat menghilang. Namun apa yang kemudian terjadi dengan informasi yang terkandung di dalamnya? Apakah itu benar-benar hancur, sehingga melanggar mekanika kuantum, atau entah bagaimana terawetkan dalam radiasi Hawking?

Menurut prinsip holografi, informasi tentang interior lubang hitam dapat dikodekan pada luas permukaan dua dimensinya (“batas”) daripada volume tiga dimensinya (“volume”). Leonard Susskind dan Gerard Hooft memperluas ide ini ke seluruh alam semesta, menyamakannya dengan hologram: alam semesta tiga dimensi kita muncul dengan segala kemegahannya dari “kode sumber” dua dimensi.

Juan Maldacena kemudian menemukan dualitas penting, yang secara teknis dikenal sebagai Korespondensi Iklan/CFT—Ini berfungsi sebagai kamus matematika yang memungkinkan fisikawan bolak-balik antara bahasa dua dunia teoretis (relativitas umum dan mekanika kuantum). Binari dalam Fisika Mengacu pada model yang terlihat berbeda tetapi dapat ditampilkan untuk menggambarkan fisika yang setara. Ini seperti bagaimana es, air, dan uap adalah tiga fase berbeda dari zat kimia yang sama, kecuali dualisme yang memandang fenomena yang sama dengan dua cara yang berbeda dan berbanding terbalik. Dalam kasus AdS/CFT, dualitasnya adalah antara model ruang-waktu yang dikenal sebagai ruang anti-de Sitter (AdS) — yang memiliki kelengkungan negatif konstan, tidak seperti alam semesta de Sitter kita — dan sistem kuantum yang disebut teori medan konformasi. (CFT) yang tidak memiliki gravitasi tetapi memiliki Keterikatan kuantum.

Ide dualitaslah yang menjelaskan kebingungan lubang cacing. Seperti disebutkan di atas, penulis makalah Nature tidak membuat lubang cacing fisik — mereka berurusan dengan beberapa partikel kuantum yang terjerat dalam ruang-waktu datar biasa. Tapi sistem ini seharusnya memiliki deskripsi ganda tentang lubang cacing.