Enredos y agujeros de gusano: ¿son lo mismo?

En primer lugar, el artículo está disponible en arXiv.si realmente desea leerlo y no puede acceder a él. En cuanto a su relevancia para el mundo real, ahí es donde primero tengo que confesar mis prejuicios: obtuve mi M.Sc. en Física Aplicada trabajando para un grupo de teoría en una universidad de materia condensada pesada, eso significa que (1) no estoy lo suficientemente calificado para interpretar el significado completo de este artículo; (2) Soy más escéptico, ya que mi experiencia en teoría aplicada me hace enfocar la teoría como "¿cómo puedo optimizar mis posibilidades de ver algo interesante en un experimento" o "¿cómo podemos encontrar un equilibrio perfecto entre estos dos efectos?" que no es el objetivo de este tipo de trabajo teórico; y (3) mi formación en materia condensada me pone un poco en desacuerdo con la física de alta energía en general y la teoría de cuerdas en particular.

Lo primero que puedo decirles es que esta investigación no es material completamente extravagante. No es solo que PRL sea una revista estándar con procesos de revisión por pares respetados, sino también que el autor pertenece a una institución respetable y la mayor parte del artículo es un resultado incremental sobre un resultado incremental sobre una especulación de algunos de los teóricos más famosos de la cadena. teoría, que es una especie de cómo la ciencia realmente se pone en práctica. (En algún nivel, esto también se incentiva indirectamenteya que las universidades ahora están muy interesadas en los recuentos de publicaciones y citas, lo que beneficia más a las pequeñas publicaciones incrementales que a cualquier cosa grande o revolucionaria). Si la gente le dice "¡Julian Sonner no sabe de lo que está hablando!" ¡Debes ser muy cauteloso para asegurarte primero de juzgar si esas personas saben de lo que están hablando!

Lo segundo que puedo decirles es que esta investigación implica una dualidad AdS/CFT, por lo que los agujeros de gusano que describe no son agujeros de gusano en el mundo real. Así que esto es un poco difícil de describir, pero básicamente la idea es que puedes pretender que nuestro bonito espacio-tiempo está envuelto alrededor de algún otro espacio geométrico; nuestro "espacio-tiempo de Minkowski" es el límite de este "espacio anti-de-Sitter" (de ahí AdS) a menudo llamado "bulto". Entonces, una teoría de campo cuántico conforme (CFT) en nuestro límite puede entenderse como una teoría de cuerdas dentro del bulto. Este enfoque particular se ocupa de la dualidad AdS/CFT más conocida, llamada 4SYM, que significa "teoría supersimétrica de Yang-Mills con 4 supersimetrías", y explícitamente no incluye la gravedad en su modelado.

Quizás te preguntes "¿por qué diablos querrías hacer esto?" y la respuesta es basicamente que resulta que a veces no tienes una forma cerrada para una suma, por ejemplo si no sabias que$1 + x + x^2 + x^3 + x^4 + \dots$converge a$1/(1 - x)$para$-1 < x < 1.$Es posible que ni siquiera puedas descifrar el patrón de todos los coeficientes; en este caso es trivialmente todo 1 pero tal vez tengas que analizar básicamente todos los diagramas posibles que tienen$m$nodos con sus bordes coloreados de cierta manera para que los nodos se conecten en ciertas reglas; y la única forma en que puede pensar en hacer esto es simplemente "Voy a dibujar estos gráficos a mano y/o pediré ayuda a una computadora:" y luego no tiene una forma cerrada agradable, solo tiene un gran serie complicada. Bueno, puede afirmar aproximadamente que solo importan los primeros 5, 10 o 20, siempre que$x$es pequeño, ¡así que vamos a sumarlos todos y ver qué obtenemos! En las teorías cuánticas de campos, este problema ocurre mucho y$x$es una medida de la fuerza con la que dos cosas se "acoplan" entre sí. Básicamente, resulta que cuanto más fuerte es el acoplamiento en el ámbito de CFT, más débil es la interacción en el ámbito de AdS, por lo que puede obtener muy buenos resultados al sumar las series a granel para las teorías de campo que eran intratables porque se acoplaban con demasiada fuerza a ser analizado.

De hecho, la afirmación en este documento es que puede observar un evento de producción de pares en el lado de CFT (nuestro mundo) y debe describirse mediante una producción de agujero de gusano complementaria en el lado de AdS (el mundo de la teoría). Curiosamente, al igual que no se puede transmitir información real a través del entrelazamiento cuántico, este agujero de gusano es un tipo especial de agujero de gusano que no permite la transferencia de materia a través de él. Este tipo de agujero de gusano que aparece en el espacio de AdS es análogo a dos agujeros negros que están conectados a través del espacio-tiempo, de modo que si dos personas deciden pilotar sus naves espaciales hacia los agujeros negros, pueden encontrarse en algún momento antes de ser aplastados por la fuerza gravitacional. singularidad.

Y lo tercero que puedo decirles es que este enfoque teórico de "utilicemos esta construcción explícita para entender enredos como los agujeros de gusano" probablemente tenga cierta importancia teórica pero menos experimental. Dudo un poco en decir esto porque AdS/CFT es la mejor herramienta que he visto salir de la teoría de cuerdas; toma esta actitud cosmológica de "supongamos que el mundo realmente es de 10 dimensiones con 5 de esas dimensiones envueltas en una representación compacta", que me parece un montón de especulaciones basadas en "este modelo es tan bonito que debe sea ​​preciso" idea que nunca me ha funcionado muy bien en el pasado, y la cambia: "oye, dame esta teoría de campo que tienes,

En estos aspectos, probablemente esté mucho más cerca de una linda idea matemática sin consecuencias reales comprobables.

Escribí una publicación de intercambio de pila sobre si existen agujeros de gusano . Así que dejaré parte de la respuesta a esta pregunta allí.

Susskind ha argumentado que los enredos y los agujeros de gusano no atravesables tienen un tipo de equivalencia. Esta equivalencia es con respecto a los agujeros negros, donde en el diagrama de Penrose las regiones I y II están conectadas al mismo interior de un agujero negro. En efecto, el diagrama de Penrose dice que estas dos regiones tienen agujeros negros que están enredados entre sí.

En cierto sentido, un agujero negro es un agujero negro no atravesable. Me refiero al diagrama de arriba que es el diagrama conforme de Penrose para un agujero negro. En las regiones I y II hay hipérbolas que representan la posición radial constante de un observador. El círculo rojo es la fluctuación virtual de una partícula que un observador en una trayectoria radial constante observaría emerger del horizonte del agujero blanco o pasado y luego acercarse al horizonte del agujero negro. El círculo determina el$e^{2\pi iH/g}$para el campo cuántico con$g~=~c^2/\rho$en una trayectoria radial constante con$\rho$. El agujero negro con el horizonte dividido representa dos agujeros negros entrelazados en la región I y II. La emisión de radiación de Hawking, representada aquí como los dos puntos conectados por un segmento rojo, transfiere parte de este entrelazamiento a las dos regiones. El nuevo horizonte de eventos se ve como los dos caminos hiperbólicos en azul. Los dos agujeros negros ya no están completamente entrelazados.

Esta es otra ilustración de cómo se construye el espacio-tiempo a partir de entrelazamientos. Raamsdonk ilustró esto en un artículo http://arxiv.org/abs/1005.3035 . Esta presentación no da una dinámica de cómo el big bang produce espacio-tiempo, pero ilustra cómo el espacio-tiempo es una epifenomenología emergente de la mecánica cuántica. Estoy usando el agujero negro como una especie de laboratorio teórico, que de alguna manera podría convertirse en un objeto más experimental.

Ahora supongamos que estoy en la región I y tengo la partícula emitida por la radiación de Hawking (punto rojo en mi región lateral I), y esta partícula está en el estado$\psi~=~\sum_n\chi_n$. Luego abro un agujero de gusano en la región II, que por los horizontes no es accesible por medios ordinarios, y agarro la otra partícula y la llevo a la región I. Ahora tengo dos partículas que debido a su entrelazamiento son indistinguibles y, por lo tanto, son duplicados. . He cerrado el estado de mi lado región I.

El teorema de la clonación dice que si tengo un estado$\psi$clonándolo así$\psi~\rightarrow~\psi\psi$resulta en una inconsistencia. déjame escribir$\psi~=~a|a\rangle~+~b|b\rangle$. Por simplicidad lo estoy considerando con dos elementos básicos. Mi duplicación entonces significa

$$\psi~\rightarrow~\psi\psi~=~aa|aa\rangle~+~ab|ab\rangle~+~ba|ba\rangle~+~bb|bb\rangle.$$ Sin embargo, la duplicación también puede significar simplemente $a|a\rangle~\rightarrow~aa|aa\rangle$y $b|b\rangle~\rightarrow~bb|bb\rangle$y no tengo "términos ab y ba". Por lo tanto, no existe una forma consistente de clonar o estados Xerox. También significaría que puedo encontrar una variable oculta subyacente a un enredo. Entonces parece que los agujeros de gusano tienen algunos problemas con la física cuántica. Además, la posibilidad de que el espacio-tiempo esté entretejido por enredos cuánticos parece sugerir que cambiar la topología espacial y clonar un estado cuántico por medios unitarios es lo mismo.

Sin embargo, podemos llegar a "clones cercanos" de estados cuánticos. Ha habido cierto interés en esto. La correspondencia del espacio-tiempo sería entonces alguna deformación topológica superpuesta cuántica sobre la topología base. La transición probablemente no pueda ser completa, pero podría haber algunas fluctuaciones cuánticas o efectos coherentes que significan que la topología del espacio puede tener una pequeña amplitud cuántica para una topología diferente. Cambiar la topología completa o clásicamente es potencialmente lo mismo que un clon perfecto de un estado cuántico. Esta es, en cierto sentido, una razón "lógica cuántica" de por qué la velocidad de la luz es una especie de límite absoluto.

Entonces, el agujero de gusano no comunica información de la región I y II, al igual que los enredos no envían señales más rápido que la luz. El agujero negro o el agujero de gusano no atravesable con el puente de Einstein-Rosen no crea un camino causal conectado de forma múltiple a través del espacio. Esto es similar al teorema de no clonación de la mecánica cuántica.

No, el artículo está equivocado sobre el enredo; el enredo no implica comunicación.

Un agujero de gusano (atravesable) le permite enviar cosas a través de él .

Supongamos que Alice y Bob se encuentran y comparten un par de campanas entrelazadas . Luego se separan por años luz y conservan sus partículas. Esas partículas todavía están enredadas (si no se perturban "demasiado" durante los años de vuelo espacial, lo cual es un desafío de ingeniería para lograr pero no es físicamente imposible).

¿Un agujero de gusano conecta a Alice y Bob? No uno que se pueda usar para lijar cualquier masa-energía o información, debido al molesto teorema de no comunicación . Entonces, ¿qué significa enredo? Todavía pueden usarlo para ayudar a coordinar sus acciones sin comunicación, lo que usa el enredo en el proceso. Debido a la falta de comunicación, no importa si Alice o Bob son los primeros en medir su partícula; si están separados como un espacio, ¡no está definido quién es el primero!

Los artículos popsci, por supuesto, se equivocan de manera confiable :

Pero, ¿qué permite que las partículas se comuniquen instantáneamente, y aparentemente más rápido que la velocidad de la luz, a distancias tan grandes?

La cita anterior es incorrecta y no capta la fascinante sutileza de "coordinación sin comunicación" del enredo.

Se cree que es imposible crear un agujero de gusano en la vida real porque necesitaría una masa negativa repulsiva especial . El mejor candidato para hacerlo es el efecto casmir , que crea pequeños focos de energía negativa. Sin embargo, el requisito de una cantidad mucho mayor de energía positiva cercana probablemente arruine cualquier intento de agujero de gusano.

La no localidad del enredo no se ha probado experimentalmente aún más allá de las dudas/lagunas. Sin embargo, debe haber sido probado matemáticamente. Las correlaciones de no localidad de entrelazamiento aún no se han analizado lo suficiente. Todos los esfuerzos están orientados a probar la no localidad a través de la desigualdad de Bell. La desigualdad de Bell no es suficiente para probar la no localidad. Todo lo que puede probar es que las variables ocultas estáticas (dentro del par entrelazado) no son capaces de producir diferentes tipos de correlaciones.

Tomando el ejemplo del estado de Bell anticorrelacionado perfecto, las correlaciones son:

1) 100 % anticorrelación

2) Resultado 50/50 cuando se mide una partícula en cualquier ángulo una y otra vez.

3) Mismo giro (tanto hacia arriba como hacia abajo) SQ(sen(A/2)) veces, cuando se mide en el ángulo relativo de A una y otra vez.

Entonces, la comparación (incluso si el agujero de gusano existe), no puede dar ningún resultado real.