Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν θεωρείται δικαίως ένας από τους πιο εντυπωσιακούς φυσικούς όλων των εποχών. Δημιούργησε τις διάφορες θεωρίες της σχετικότητας, οι οποίες διέπουν τη συμπεριφορά της ύλης που κινείται με τεράστιες ταχύτητες και επανέλαβε τη δύναμη της βαρύτητας ως την κάμψη του χώρου και του χρόνου. Έγραψε επίσης καταπληκτικά για τις ιδιοσυγκρασίες της κβαντικής μηχανικής, απορρίπτοντάς την ως θεμελιωδώς λανθασμένη, διερευνώντας ωστόσο τις συνέπειες της θεωρίας.
Ενώ η φήμη του Αϊνστάιν ως ιδιοφυΐας είναι ασφαλής, λίγη επιπλέον επικύρωση δεν βλάπτει ποτέ, ειδικά όταν περιστρέφεται γύρω από μια από τις πιο εξωτικές προβλέψεις του Αϊνστάιν: "σκουληκότρυπες" ή σήραγγες στο διάστημα.
Μια κοινοπραξία ερευνητών από το Caltech, την Google, τη Fermilab, το MIT και το Χάρβαρντ χρησιμοποίησε μια συσκευή που ονομάζεται κβαντικός επεξεργαστής Sycamore (κβαντικός υπολογιστής που αναπτύχθηκε από την Google), για να δημιουργήσει και να ελέγξει αυτό που ισοδυναμεί με σκουληκότρυπα. Πώς πήγε αυτό; Καταλήγει σε περίπλοκες διασυνδέσεις μεταξύ δύο εκ των ιδεών του Αϊνστάιν.
Σκουληκότρυπες και κβαντική εμπλοκή
Το 1935, ο Αϊνστάιν εργαζόταν με τον μαθητή του Νέιθαν Ρόζεν για τρόπους μετατροπής της θεωρίας της βαρύτητας, που ονομάζεται θεωρία της γενικής σχετικότητας, σε μια θεωρία των πάντων. Ένα πρόβλημα ήταν ότι η θεωρία προέβλεπε άπειρα στο κέντρο των μαύρων τρυπών. Αυτά τα άπειρα προέκυψαν όταν η συνολική μάζα ενός νεκρού αστεριού κατέρρευσε σε ένα σημείο μηδενικού μεγέθους, αυτό που ονομάζουμε ιδιομορφίες (singularities).
Ο Ρόζεν και ο Αϊνστάιν έπαιξαν με άλλες πιθανές λύσεις, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης κάποιων δημιουργικών μαθηματικών για την αντικατάσταση δύο ιδιομορφιών με έναν σωλήνα που τις συνέδεε. Αυτοί οι σωλήνες ονομάζονται "γέφυρες Αϊνστάιν - Ρόζεν" ή, στην πιο καθομιλουμένη, σκουληκότρυπες.
Κατ' αρχήν, θα ήταν δυνατό να μπει ένα αντικείμενο στη μια σκουληκότρυπα και να βγει από την άλλη, παρόλο που τα άκρα των σκουληκότρυπων χωρίζονται από μεγάλες αποστάσεις. Το αντικείμενο θα είχε ταξιδέψει σε επιπλέον διαστάσεις. Αυτή η εργασία ονομάζεται "θεωρία ER".
Οι σκουληκότρυπες είναι τα αγαπημένα των συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας, καθώς παρέχουν τη δυνατότητα ταξιδιού πιο γρήγορα από το φως. Το διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να διανύσει μεγάλες αποστάσεις σε μηδενικό χρόνο. Ενώ υπάρχουν πολλά πρακτικά προβλήματα που σχετίζονται με τη δημιουργία σκουληκότρυπων, ένα ιδιαίτερα σημαντικό είναι ότι είναι ασταθείς, εκτός εάν σταθεροποιηθούν από μεγάλες ποσότητες αρνητικής ενέργειας.
Την ίδια χρονιά, ο Αϊνστάιν και ο Ρόζεν εργάστηκαν επίσης σε ένα θέμα στην κβαντομηχανική, αυτή τη φορά με έναν άλλο φυσικό με το όνομα Μπόρις Ποντόλσκι. Αυτό το θέμα αφορούσε την κβαντική εμπλοκή, η οποία εξετάζει τη συμπεριφορά δύο αντικειμένων που ήταν αρχικά σε επαφή μεταξύ τους, έτσι ώστε οι ιδιότητές τους να είναι αλληλένδετες. Ενώ οι ιδιότητες κανενός αντικειμένου δεν προσδιορίστηκαν - αυτό είναι μέρος της τρέλας της κβαντικής μηχανικής - το γεγονός ότι ήταν το ένα αντίθετο από το άλλο "ψήθηκε" από την αρχή.
Η δύσκολη υπόθεση ήταν ότι, ακόμα κι αν διαχωρίζαμε τα δύο αντικείμενα σε τεράστιες αποστάσεις και μετρούσαμε τις ιδιότητες του ενός από αυτά, θα ξέραμε αμέσως τις ιδιότητες του άλλου, παρόλο που οι ιδιότητες του κανενός δεν είχαν προσδιοριστεί μέχρι να πραγματοποιηθεί μια μέτρηση. Αυτό ονομάστηκε "παράδοξο EPR", από τα αρχικά των ερευνητών.
ER = EPR
Τόσο η θεωρία ER όσο και το παράδοξο EPR θεωρούνταν αξιοπερίεργα για μεγάλο χρονικό διάστημα, ωστόσο την τελευταία δεκαετία οι επιστήμονες άρχισαν να καταλαβαίνουν ότι οι δύο ιδέες είχαν βαθύτερες συνδέσεις. Στην πραγματικότητα, έχει καταστεί σαφές ότι οι δύο ιδέες είναι, από πολλές απόψεις, λειτουργικά ταυτόσημες. Δύο φυσικοί, ο Χουάν Μαλντασένα και ο Λέοναρντ Σούσκιντ, αναφέρονται συχνά ως αυτοί που είχαν κάνει μερικές από τις πιο κρίσιμες συνεισφορές σε αυτή τη συνειδητοποίηση. Και ο Μαλντασένα ήταν αυτός που επινόησε τη συνοπτική αναπαράσταση της παρατήρησης: "ER = EPR".
Εάν είναι πράγματι αλήθεια ότι ER = EPR, τότε είμαστε τυχεροί, γιατί, ενώ δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε σκουληκότρυπες, σίγουρα μπορούμε να κάνουμε μετρήσεις EPR. Τέτοιες μετρήσεις γίνονται εδώ και δεκαετίες.
Οι σκουληκότρυπες μπορεί να είναι αληθινές
Εδώ μπαίνει στην εικόνα η νέα ανακοίνωση. Σε ένα άρθρο στο Nature, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια απλοποιημένη προσέγγιση στο πρόβλημα και μοντελοποίησαν τη συμπεριφορά της σκουληκότρυπας στον κβαντικό υπολογιστή. Διαπίστωσαν ότι το αποτέλεσμα ήταν ακριβώς το αναμενόμενο. Κατάφεραν ακόμη και να προσομοιώσουν συνθήκες όπου η θεωρητική σκουληκότρυπα διέπεται από θετική και αρνητική ενέργεια και ανακάλυψαν ότι, ενώ η θετική επιλογή ήταν ασταθής, η αρνητική ήταν σταθερή - ακριβώς όπως προτείνει η θεωρία του ER.
Στο βαθμό που το EPR και το ER είναι μαθηματικά το ίδιο, αυτή η εργασία υπονοεί ότι οι σκουληκότρυπες δεν είναι απλώς θεωρητικές περιέργειες.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι ερευνητές δεν δημιούργησαν φυσική σκουληκότρυπα. Κανένα αντικείμενο δεν μεταφέρθηκε μέσω επιπλέον διαστάσεων. Αντίθετα, αυτό που αποδείχθηκε ήταν η κβαντική συμπεριφορά. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα μαθηματικά του ER και του EPR είναι βαθιά συνυφασμένα, το νέο αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι οι σκουληκότρυπες είναι τουλάχιστον μια πιθανότητα.
Κβαντική βαρύτητα
Οι βαθύτερες συνέπειες αυτής της εργασίας είναι ότι παρέχει στους ερευνητές ένα εργαστήριο για να εξερευνήσουν όχι μόνο τη θεωρία ER και το παράδοξο EPR, αλλά και μια θεωρία που ονομάζεται κβαντική βαρύτητα, η οποία είναι η επέκταση της βαρύτητας στον κόσμο του σούπερ μικρού. Μια επιτυχημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας έχει ξεφύγει από την επιστημονική κοινότητα για σχεδόν έναν αιώνα, επομένως αυτή η νέα ικανότητα μπορεί να βοηθήσει να φωτιστεί μια πορεία προς τα εμπρός.
Πράγματι, οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν παράσχει τη δυνατότητα δοκιμής ιδεών που ήταν αδύνατες μόλις πριν από λίγα χρόνια.