Extreme horizonten in de ruimte kunnen kwantumtoestanden werkelijkheid maken: ScienceAlert

Het is bijna een eeuw geleden dat wetenschappers baanbrekend werk verrichtten in het universum.

Door een complexe mix van experiment en theorie hebben natuurkundigen een motor ontdekt die is gebouwd op de wiskunde van waarschijnlijkheid die ver buiten het raakvlak van de werkelijkheid ligt.

Het wordt in vage bewoordingen aangeduid als Kopenhagen interpretatieDit neemt de theorie die ten grondslag ligt aan de kwantummechanica zegt dat alles beschreven kan worden als een mogelijkheid – totdat we het moeten beschrijven als een feit.

Maar wat betekent dit?

Ondanks tientallen jaren van experimenteren en filosoferen, is de kloof tussen de onstabiele eigenschappen van het kwantumsysteem en de metingen die we allemaal met onze eigen ogen zien, nauwelijks kleiner geworden. Ondanks al het gepraat over instortende golfvormen, katten in dozen en waarnemerseffecten, zijn we niet dichter bij het begrijpen van de aard van de werkelijkheid dan de vroege natuurkundigen eind jaren twintig.

Sommige onderzoekers geloven echter dat er aanwijzingen te vinden zijn in de ruimte tussen de kwantumfysica en een andere grote theorie die in het begin van de 20e eeuw is ontstaan.^j Eeuw – Einsteins beroemde algemene relativiteitstheorie.

afgelopen jaardebatteerde een kleine groep natuurkundigen van de Universiteit van Chicago over de loutere aanwezigheid van een zwart gat ergens in de buurt dat aan de touwtjes trekt in de vervaging van kwantumtoestanden en het dwingt om één lot te kiezen.

Nu zijn ze terug met de verwachting van een follow-up, waarin ze hun mening geven over verschillende soorten prospects, in een voorafgaande afdruk voordat Peer review.

Stel je een klein stukje materie voor dat uit de duisternis tevoorschijn komt in een afgesloten doos. Ongezien, het is daar in de waas van Misschiens. Het heeft geen enkele positie in de schaduw, geen bepaalde rotatie en geen bepaald momentum. Het belangrijkste is dat al het licht dat het uitzendt ook op een oneindig spectrum van mogelijkheden valt.

Dit deeltje resoneert met zijn potentieel in een golf die zich theoretisch tot in het oneindige voortplant. Het is mogelijk om dit spectrum van mogelijkheden met zichzelf te vergelijken op dezelfde manier waarop een golf op het oppervlak van een vijver zich kan splitsen en opnieuw kan combineren om in feite een herkenbaar interferentiepatroon te vormen.

Maar elke hobbel en duw in deze rimpel terwijl deze zich verspreidt, verstrengelt zich met een andere, waardoor het scala aan mogelijkheden wordt beperkt. Het interferentiepatroon verandert op opmerkelijke manieren, waardoor de resultaten beperkt blijven tot een proces dat natuurkundigen beschrijven als verlies van coherentie, of decoherentie.

Dit is het proces dat natuurkundigen Dane Danielson, Gautam Satishchandran en Robert Wald overwogen in een gedachte-experiment dat tot een interessante paradox zou leiden.

Een fysicus die in de doos gluurt om het licht te detecteren dat door een deeltje wordt uitgezonden, zal onvermijdelijk zijn omgeving betrekken met verborgen deeltjesgolven, waardoor een zekere mate van decoherentie ontstaat.

Maar wat als iemand anders over zijn schouder meekijkt en het licht van het deeltje met zijn ogen opvangt? Op dezelfde manier zouden ze, door zichzelf te verstrikken in het licht dat door het deeltje wordt uitgezonden, deze mogelijkheden in de golf van het deeltje beperken en deze verder veranderen.

En als de tweede waarnemer op een verre planeet staat, lichtjaren ver weg, door een telescoop in de borst tuurt? Hier wordt het raar.

Ondanks de jaren die de elektromagnetische rimpelingen nodig hadden om uit de doos te reizen, verstrikte de tweede waarnemer het deeltje nog steeds. Volgens de kwantumtheorie zou dit ook een merkbare verandering in de golf van het deeltje moeten veroorzaken, iets wat de eerste waarnemer zou kunnen zien lang voordat een collega op een verre wereld zijn telescoop gaat bouwen.

Maar wat als de tweede waarnemer diep in een zwart gat verdween? Het licht van de doos kan gemakkelijk door zijn horizon glippen en in de kromtrekkende afgrond van ruimte-tijd vallen, maar volgens de regels van de algemene relativiteitstheorie kan er nooit meer informatie over zijn verweven lot met de tweede waarnemer weer naar binnen sijpelen.

Ofwel is wat we weten over de kwantumfysica verkeerd, ofwel hebben we serieuze problemen op te lossen met de algemene relativiteitstheorie.

of, volgens Danielson, Satishchandran en Wald, onze tweede niet-verwante waarnemer. De lijn van no return rond het zwarte gat, bekend als de gebeurtenishorizon, fungeert als een waarnemer op zich en veroorzaakt uiteindelijk de decoherentie van, nou ja, bijna alles. Als een horde gigantische ogen door het universum, kijkend naar het universum dat zich ontvouwt.

al kruipen? Het wordt erger.

Zwarte gaten zijn niet het enige fenomeen waarbij ruimte-tijd zich uitstrekt tot eenrichtingsverkeer. Elk object dat voldoende is versneld om de snelheid van het licht te benaderen, zal in feite uiteindelijk een soort horizon ervaren waarvan de informatie die het uitzendt niet kan terugkeren.

Volgens de meest recente studie van het trio zijn deze “Rindler HorizonsHet kan ook een soortgelijk type decoherentie in kwantumtoestanden produceren.

Dit betekent niet dat het universum op enigerlei wijze bewust is. Omgekeerd zouden de conclusies kunnen leiden tot objectieve theorieën over hoe kwantumtoestanden worden opgelost in absolute metingen, en misschien waar zwaartekracht en kwantumfysica samenkomen in één alomvattende natuurkundige theorie.

Het universum is nog steeds kapot, voorlopig tenminste.

Alles wat we kunnen zeggen is deze ruimte in de gaten houden.

Dit onderzoek is gepubliceerd in arXiv.