¿Cómo se relacionan la gravedad y el enredo cuántico?

Este es un tema importante de la investigación actual en física teórica. Susskind y Maldacena abordaron este tema, originalmente, como “ER = EPR” – refiriéndose a dos documentos coescritos por Albert Einstein – el primero con Nathan Rosen; el segundo con Rosen y Boris Podolsky.

Einstein & Rosen (si sigue la cultura popular de hoy) debería, de inmediato, recordar el puente Einstein-Rosen, que comúnmente se ve / escucha en películas de superhéroes (piense: Thor); El artículo de Einstein & Rosen trata sobre agujeros de gusano . Este es un artículo clásico → trata con predicciones de la relatividad general.

Einstein-Podolsky-Rosen no es, en mi opinión, parte de la cultura cotidiana; probablemente, simplemente, porque lo que está hablando no es fácil de entender. La no localidad , tal vez, algún día será tan popular como los agujeros de gusano. El documento EPR fue, probablemente, un esfuerzo de Einstein para proponer que la mecánica cuántica no era una teoría completa ; que dependía de variables ocultas . La razón de Einstein detrás de ese argumento fue que, de lo contrario, la localidad (es decir, algo sagrado en la relatividad especial y general) sería violada. Tenías sistemas estadísticos cuánticos, como pares de partículas que actuarían entre sí a distancias arbitrarias, “acción fantasmagórica a distancia”, para usar las palabras de Einstein. Por distancias arbitrarias quiero decir que las partículas parecen compartir información a una velocidad superior a la máxima permitida para preservar la causalidad (es decir, c , la velocidad de la luz en el vacío) → otra cosa sagrada en la relatividad especial y general → “nada puede hacer eso ”. El artículo de EPR fue, posiblemente, la última gran contribución de Einstein a la física; no, sin embargo, por la razón que habría pensado. Como dije, su argumento fue que este fenómeno aparentemente no local era absurdo; algo estaba mal con (o incompleto ) la mecánica cuántica. El fenómeno que describieron en el documento EPR se conocería más tarde como enredo cuántico; y, de hecho, está presente en toda la teoría cuántica de campos y se ha verificado experimentalmente en el laboratorio. Einstein, Podolsky y Rosen, en un intento de desacreditar, en cierta medida, la dirección que había seguido el estudio de la mecánica cuántica, descubrieron algo desconocido sobre la forma en que funciona el mundo.

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Eso nos lleva a “ER = EPR”, una conjetura, defendida por Susskind y Maldacena, que probablemente no tenga más de diez años.

ER trata con conexiones en el espacio-tiempo que permiten un viaje aparente más rápido que la luz (FTL). EPR se ocupa de las conexiones entre partículas (sistemas) que no son locales (es decir, aparentemente transmiten información a una velocidad mayor que la velocidad de la luz [es decir, instantáneamente]).

La historia de estas ideas de Einstein, que escribió estos dos documentos y, probablemente, nunca se dio cuenta de que tenían algo en común, es sorprendente. Recuerde, Einstein murió en 1955; la conjetura “ER = EPR” no tiene más de diez años. Tienes sesenta años más de tiempo transcurrido antes de que los dos se junten; aunque es solo una conjetura, esto no es ciencia probada; Es un área de estudio activa.

Susskind, más recientemente, ha introducido una nueva forma de decirlo: “GR = EPR”, en el que está afirmando, explícitamente, que la gravedad y el enredo son dos vicisitudes del mismo fenómeno.

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EPR cae en la categoría de estudio: teoría de la información cuántica. Dije, antes, ER es un artículo sobre predicciones (clásicas) de relatividad general (GR). GR es una teoría clásica ; eso significa que no tiene instancias de la constante de Planck en ella → no es cuántica en lo más mínimo. EPR es inherentemente mecánica cuántica.

Establecer ER igual a EPR es un esfuerzo para unificar la teoría clásica de campo (GR) con la teoría cuántica de campo.

La mecánica cuántica y la relatividad especial, unificadas, hacen la teoría del campo cuántico; No es una teoría clásica, pero está ambientada en el espacio plano de Minkowski. Cuando las personas hablan de unificar la gravedad con la mecánica cuántica (QM), se refieren a reemplazar

con

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eta es casi superficial en relatividad especial; la matriz es solo diagonal; y, sería la matriz unitaria si no fuera por el -1 (que puede atribuir al tiempo; o puede atribuir el -1 a cada uno de los componentes espaciales). En cualquier caso, no son cuatro 1, por lo que no es la matriz de la unidad.

Sin embargo, el tensor métrico está en todo GR. Y no funciona con QM. Ese es el obstáculo. Susskind y Maldacena están construyendo sobre conceptos / avances originales de / de Hawking y Bekenstein; y del propio Maldacena.

Así es como se llega a la teoría de la información y la teoría de la información cuántica, desde agujeros de gusano y enredos.

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Tanto la mecánica clásica como la cuántica prohíben la destrucción de información. Sin embargo, Hawking encontró la llamada paradoja de la información después de descubrir su radiación homónima.

La información entra en un agujero negro; El agujero negro, eventualmente, desaparece en un estallido de radiación de Hawking, que es de naturaleza térmica (es decir, no lleva información sobre las cosas que cayeron en el agujero negro durante su vida útil). En otras palabras → los agujeros negros destruyen la información.

Lo que hizo Hawking para encontrar la predicción de que los agujeros negros (BH) irradian se conoce como un enfoque semiclásico : está usando métricas de GR y, bueno, ves barras h en las ecuaciones. La confluencia de GR y QM, en la medida limitada en que encontró una manera de unirse a ellos, hace una predicción que viola las premisas básicas de GR y QM. Lo cual, es como una bofetada en la cara. Al profundizar más en la verdadera carne de los temas que nadie antes, predijo algo que destruyó ambas teorías.

Por supuesto, esto es inaceptable para la mayoría de los físicos; preferiríamos encontrar una forma en que la forma en que estamos viendo esto es incorrecta que decir que más de un siglo de investigación teórica y verificación experimental exitosa de la misma fueron en vano.

Aquí ingresa “ER = EPR”: obtienes algo como partículas de radiación de Hawking que se enredan con la información de / sobre la materia que ha caído en un agujero negro. Y, este enredo funciona, en un nivel fundamental, porque existe un puente de Einstein-Rosen entre las partículas enredadas. Ergo, la localidad se conserva; y, no se destruye ninguna información.

Mi interpretación del principio básico es la siguiente: un sistema cuántico puede permanecer en un estado enredado mientras no interactúe con algo clásico (es decir, algo con un gran número de grados de libertad, como un instrumento clásico). Entonces, si el sistema cuántico puede mantenerse aislado, en principio puede permanecer en ese estado enredado durante mucho tiempo.

Sin embargo, nada protege la gravedad. Un sistema cuántico en un laboratorio terrestre, por ejemplo, siempre interactúa con toda la Tierra gravitacionalmente. (En esencia, podemos pensar en toda la Tierra como un “instrumento” clásico, que mide continuamente la posición o el momento de los componentes del sistema cuántico al interactuar con ellos gravitacionalmente). Esto finalmente destruiría el enredo. La única razón por la que no sucede de inmediato es porque la interacción gravitacional es muy débil, incluso en la superficie de un planeta considerable.

No hay evidencia física, pero hay mucho trabajo teórico reciente que respalda una conexión entre la gravedad y el enredo cuántico. Por ejemplo, si los agujeros negros están hechos de pares de partículas entrelazadas, se cree que esos agujeros negros estarán conectados por un agujero de gusano: ingrese cualquier agujero negro y terminará en el mismo lugar.

Bien puede ser que el misterio del enredo se resuelva mediante la relatividad general, ya que lo que permite que las partículas enredadas se comuniquen puede ser una especie de agujero de gusano.