Kwantumfysica is een fascinerend maar toch ingewikkeld onderwerp om te begrijpen, en een van de dingen die natuurkundestudenten gek maken, is het concept van verstrengeling. (In werkelijkheid bevinden de deeltjes zich in meerdere toestanden - bijvoorbeeld draaiend in meerdere richtingen - en kan alleen worden gezegd dat ze zich in een of andere staat bevinden wanneer ze worden gemeten.)
'Spookachtige actie op afstand', zo noemde Albert Einstein het naar verluidt. Hier is het nieuwe stukje hierover: Julian Sonner, een senior postdoctoraal onderzoeker aan het Massachusetts Institute of Technology, leidde onderzoek dat aantoonde dat wanneer twee van deze quarks worden gemaakt, snaartheorie een wormgat creëert dat de quarks met elkaar verbindt.
Volgens MIT zou dit onderzoekers kunnen helpen het verband tussen zwaartekracht (dat op grote schaal plaatsvindt) en kwantummechanica (dat op zeer kleine schaal plaatsvindt) beter te begrijpen. Zoals MIT het zegt, tot nu toe was het voor natuurkundigen erg moeilijk om "de zwaartekracht in kwantummechanische termen te verklaren", wat aanleiding gaf tot het bedenken van een enkele verenigende theorie voor het universum. Nog geen geluk, maar veel mensen denken dat het bestaat.
"Er zijn een aantal moeilijke vragen over kwantumzwaartekracht die we nog steeds niet begrijpen, en we bonken al lang met onze hoofden tegen deze problemen," verklaarde Sonner. 'We moeten de juiste weg vinden om deze vragen te begrijpen.'
Quantumverstrengeling klinkt onze ervaring zo vreemd omdat het de lichtsnelheid lijkt te overschrijden, wat de algemene relativiteit van Einstein schendt. (De snelheidslimiet wordt natuurlijk nog steeds getest, en daarom waren wetenschappers zo opgewonden toen het leek dat deeltjes sneller dan licht bewogen in een experiment uit 2011 dat later werd ontkracht vanwege een defecte sensor.)
Hoe dan ook, zo verliep het nieuwe onderzoek:
- Sonner onderzocht het werk van Juan Maldacena van het Institute for Advanced Study en Leonard Susskind van Stanford University. De natuurkundigen keken hoe verstrengelde zwarte gaten zich zouden gedragen. 'Toen de zwarte gaten verstrikt raakten en vervolgens uit elkaar werden getrokken, ontdekten de theoretici dat er een wormgat ontstond - een tunnel door de ruimtetijd waarvan wordt gedacht dat ze door de zwaartekracht bij elkaar wordt gehouden. Het idee leek te suggereren dat, in het geval van wormgaten, de zwaartekracht voortkomt uit het meer fundamentele fenomeen van verstrikte zwarte gaten, ”verklaarde MIT.
- Sonner begon toen met het maken van quarks om te zien of hij kon kijken wat er gebeurt als twee met elkaar verstrikt raken. Met behulp van een elektrisch veld kon hij deeltjes vangen die uit een vacuümomgeving kwamen met een paar "voorbijgaande" deeltjes erin.
- Zodra hij de deeltjes had opgevangen, bracht hij ze in kaart in termen van ruimte-tijd (vierdimensionale ruimte). Opmerking: zwaartekracht wordt verondersteld de vijfde dimensie te zijn omdat het de ruimtetijd kan buigen, zoals je kunt zien in deze afbeeldingen van sterrenstelsels hieronder.
- Sonner probeerde vervolgens uit te zoeken wat er zou gebeuren in de vijfde dimensie wanneer quarks verstrikt zouden raken in de vierde dimensie, met behulp van een snaartheorie-concept dat holografische dualiteit wordt genoemd. “Hoewel een hologram een tweedimensionaal object is, bevat het alle informatie die nodig is om een driedimensionaal beeld weer te geven. In wezen is holografische dualiteit een manier om een complexere dimensie te ontlenen aan de op een na laagste dimensie, 'zei MIT.
- En het was onder holografische dualiteit dat Sonner ontdekte dat er een wormgat zou worden gecreëerd. De implicatie is die zwaartekrachtzelfkan uit de verstrikking van deze deeltjes komen, en dat de buiging die we in het universum zien ook te wijten zou zijn aan de verstrikking.
"Het is de meest elementaire weergave tot nu toe waar verstrengeling aanleiding geeft tot een soort geometrie", zei Sonner. 'Wat gebeurt er als een deel van deze verstrengeling verloren gaat, en wat gebeurt er met de geometrie? Er zijn veel wegen die kunnen worden bewandeld, en in die zin kan dit werk zeer nuttig blijken te zijn. ”
Je kunt het onderzoek bekijken in Physical Review Letters.
Bron: Massachusetts Institute of Technology
