يساعد “سحر” الكم وفوضى الثقب الأسود في تفسير أصل الزمكان

يربط الفيزيائيون لأول مرة الخصائص الكمومية لـ “السحر” بالطبيعة الفوضوية للثقوب السوداء.

قد تكون الخاصية الكمومية المعروفة باسم “ السحر ” هي المفتاح لشرح كيفية نشوء المكان والزمان ، وفقًا لتحليل رياضي جديد أجراه ثلاثة فيزيائيين من RIKEN.

من الصعب تخيل أي شيء أكثر جوهرية من الزمكان كأساس للكون ، لكن علماء الفيزياء النظرية يشككون في هذا الافتراض. يقول كاناتو جوتو من RIKEN للعلوم النظرية والرياضية متعددة التخصصات (iTHEMS): “لطالما اعتقد الفيزيائيون أن المكان والزمان ليسا أساسيين ، لكنهما مشتقان من شيء أعمق”.

منظر للثقب الأسود الهائل M87. ربط علماء الفيزياء النظرية ريكنباكر الطبيعة الفوضوية للثقوب السوداء بالطبيعة الكمومية للسحر لأول مرة. الائتمان: تعاون EHT

تلقى هذا المفهوم دفعة قوية في التسعينيات عندما ربط الفيزيائي النظري خوان مالداسينا نظرية الجاذبية التي تحكم الزمكان بنظرية تتضمن الجسيمات الكمومية. على وجه الخصوص ، تصور فضاءًا خياليًا يمكن اعتباره محاطًا بعلبة حساء متناهية الصغر ، أو “ كتلة ” ، تحتوي على أشياء مثل الثقوب السوداء المرتبطة بالجاذبية. تخيل مالتاسينا أيضًا أن الجسيمات تتحرك على سطح العلبة وفقًا لميكانيكا الكم. لقد أدرك أن نظرية الكم المستخدمة لوصف الجسيمات على الحدود الرياضية كانت معادلة لنظرية الجاذبية التي تصف الثقوب السوداء والزمكان ككل.

يقول جوتو: “تشير هذه العلاقة إلى أن الزمكان بحد ذاته ليس أساسيًا ، ولكنه ينبثق من بعض الطبيعة الكمية”. يحاول الفيزيائيون فهم خاصية الكم الرئيسية.

أجرى كاناتو جوتو واثنان من زملائه تحليلاً باستخدام الثقوب الدودية التي تلقي الضوء على مفارقة معلومات الثقب الأسود. الائتمان: © 2022 RIKEN

التشابك الكمي هو العامل الأكثر أهمية الذي يربط الجسيمات معًا بغض النظر عن المسافة التي تفصل بينها: كان التفكير الأصلي هو أنه كلما زاد تشابك الجسيمات عند الحدود ، كانت الفجوة أكثر سلاسة في الكتلة.

يقول جوتو: “لكن النظر إلى مستوى التشابك عند الحدود لا يمكن أن يفسر كل خصائص الثقوب السوداء ، على سبيل المثال ، كيف تنمو أجزاءها الداخلية”.

لذا ، بحث زملاؤه في Goto و iTHEMS Tomoki Nosaka و Masahiro Nozaki عن مقياس كمي آخر يناسب نظام الحدود ويمكن رسم خريطة كاملة لوصف الثقوب السوداء بشكل كامل. وأشاروا على وجه الخصوص إلى أن للثقوب السوداء طبيعة فوضوية تحتاج إلى وصف.

“عندما ترمي شيئًا ما[{” attribute=””>black hole, information about it gets scrambled and cannot be recovered,” says Goto. “This scrambling is a manifestation of chaos.”

The team came across ‘magic’, which is a mathematical measure of how difficult a quantum state is to simulate using an ordinary classical (non-quantum) computer. Their calculations showed that in a chaotic system almost any state will evolve into one that is ‘maximally magical’—the most difficult to simulate.

This provides the first direct link between the quantum property of magic and the chaotic nature of black holes. “This finding suggests that magic is strongly involved in the emergence of spacetime,” says Goto.

Reference: “Probing chaos by magic monotones” by Kanato Goto, Tomoki Nosaka and Masahiro Nozaki, 19 December 2022, Physical Review D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.106.126009