Physiker meinen, Sie könnten aus einem Schwarzen Loch gerettet werden – aber riskieren Sie es nicht


DENVER – Forscher haben eine neue, unfassbar gefährliche und unglaublich langsame Methode entwickelt, um das Universum zu durchqueren. Es handelt sich dabei um Wurmlöcher, die spezielle Schwarze Löcher verbinden, die wahrscheinlich nicht existieren. Und es könnte erklären, was wirklich passiert, wenn Physiker Informationen von einem Punkt zum anderen Quantenteleportieren – aus der Perspektive des teleportierten Informationsstücks.

Daniel Jafferis, Physiker der Harvard University, beschrieb die vorgeschlagene Methode in einem Vortrag am 13. April hier auf einem Treffen der American Physical Society. Diese Methode, sagte er seinen versammelten Kollegen, beinhaltet zwei schwarze Löcher, die so miteinander verflochten sind, dass sie räumlich und zeitlich miteinander verbunden sind.

Ihre Idee löst ein seit langem bestehendes Problem: Wenn etwas in ein Wurmloch eindringt, benötigt es negative Energie, um die andere Seite zu verlassen. (Die Form der Raumzeit am Ausgang eines Wurmlochs macht es normalerweise unmöglich, hindurchzugehen. Aber eine Substanz mit negativer Energie könnte theoretisch dieses Hindernis überwinden.) Aber nichts in der Physik der Schwerkraft und der Raumzeit – Die Physik, die Wurmlöcher beschreibt – berücksichtigt diese Arten von negativen Energiepulsen. Es ist also unmöglich, Wurmlöcher tatsächlich zu passieren.

"Es ist nur eine Verbindung im Weltraum, aber wenn Sie versuchen, durchzukommen, bricht sie zu schnell zusammen, sodass Sie nicht durchkommen können", sagte Jafferis nach seinem Vortrag zu Live Science. [9 Ideas About Black Holes That Will Blow Your Mind]

Dieses ältere Wurmlochmodell geht auf ein Papier von Albert Einstein und Nathan Rosen zurück, das 1935 in Physical Review veröffentlicht wurde. Die beiden Physiker erkannten, dass die Relativitätstheorie die Relativitätstheorie unter bestimmten Umständen so stark als eine Art Tunnel bezeichnen würde (oder "Brücke") würde die Verbindung zweier getrennter Punkte bilden.

Die Physiker schrieben den Artikel teilweise, um die Möglichkeit von schwarzen Löchern im Universum auszuschließen. Als die Physiker jedoch in den letzten Jahrzehnten erkannten, dass Schwarze Löcher existieren, wurde das Standardbild eines Wurmlochs zu einem Tunnel, in dem die beiden Öffnungen als Schwarze Löcher erscheinen. Nach dieser Idee würde ein Tunnel jedoch auf natürliche Weise niemals im Universum existieren, und falls er existieren würde, würde er verschwinden, bevor etwas durch sie hindurchging. In den 1980er Jahren schrieb der Physiker Kip Thorne, dass etwas durch dieses Wurmloch gehen könnte, wenn eine negative Energie angewendet würde, um das Wurmloch offen zu halten.

Jafferis hat zusammen mit dem Harvard-Physiker Ping Gao und dem Stanford-Physiker Aron Wall eine Möglichkeit entwickelt, eine Version negativer Energie anzuwenden, die auf einer Idee aus einem ganz anderen Bereich der Physik, der Verschränkung, beruht.

Die Verschränkung kommt von der Quantenmechanik, nicht von der Relativität. Im Jahr 1935 veröffentlichten Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen in Physical Review ein weiteres Papier, das zeigt, dass Partikel nach den Regeln der Quantenmechanik "miteinander korreliert" werden können, so dass das Verhalten eines Partikels das Verhalten eines anderen Partikels direkt beeinflusst. [The 18 Biggest Unsolved Mysteries in Physics]

Einstein, Podolsky und Rosen waren der Meinung, dass ihre Ideen der Quantenmechanik nicht stimmten, da sich Informationen schneller als die Lichtgeschwindigkeit zwischen den beiden Teilchen bewegen könnten. Nun wissen Physiker, dass Verschränkung real ist, und Quantenteleportation ist ein fast alltäglicher Teil der Physikforschung.

So funktioniert die Quantenteleportation: Verschlingen Sie zwei Lichtteilchen, A und B. Geben Sie dann B an Ihren Freund, um ihn in einen anderen Raum zu bringen. Als nächstes schlagen Sie ein drittes Photon C gegen Photon A an. Das verschränkt A und C und bricht die Verschränkung zwischen A und B. Sie können dann den kombinierten Zustand von A und C messen, der sich von den ursprünglichen Zuständen von A unterscheidet. B oder C – und teilen Sie dem Freund im nächsten Raum die Ergebnisse der kombinierten Partikel mit.

Ohne den Zustand von B zu kennen, kann Ihr Freund diese begrenzten Informationen verwenden, um B zu manipulieren, um den Zustand zu erzeugen, den das Partikel C zu Beginn des Prozesses hatte. Wenn sie B misst, lernt sie den ursprünglichen Zustand von C, ohne dass jemand etwas davon erzählt. Informationen über Partikel C, die funktional von einem Raum zum nächsten teleportiert werden.

Dies ist hilfreich, da es als eine Art Code dienen kann, mit dem Nachrichten von einem Punkt zum nächsten gesendet werden können.

Und Verschränkung ist nicht nur eine Eigenschaft einzelner Teilchen. Größere Objekte können sich auch verwickeln, obwohl eine perfekte Verschränkung zwischen ihnen viel schwieriger ist.

Im Jahr 1935 hatten die Physiker, die diese Papiere verfassten, keine Ahnung, dass Wurmlöcher und Verwicklungen miteinander verbunden waren, sagte Jafferis. Im Jahr 2013 veröffentlichten die Physiker Juan Maldacena und Leonard Susskind in der Zeitschrift Progress in Physics einen Artikel, der die beiden Ideen verbindet. Sie argumentierten, dass zwei perfekt miteinander verflochtene Schwarze Löcher zwischen ihren beiden Punkten im Weltraum als Wurmloch wirken würden. Sie nannten die Idee "ER = EPR", weil sie das Einstein-Rosen-Papier mit dem Einstein-Podolsky-Rosen-Papier verband.

Auf die Frage, ob es im Universum wirklich zwei vollständig verflochtene Schwarze Löcher geben könnte, sagte Jafferis: "Nein, nein, schon gar nicht."

Es ist nicht so, dass die Situation physisch unmöglich ist. Für unser chaotisches Universum ist es einfach zu präzise und zu groß. Zwei perfekt verflochtene Schwarze Löcher zu produzieren, wäre wie ein Gewinn der Lotterie, nur Zehntausende Mal weniger.

Und wenn sie existieren würden, würden sie ihre perfekte Korrelation verlieren, sobald ein dritter Gegenstand mit einem von ihnen interagierte.

Aber wenn so ein Paar irgendwie existieren würde, dann könnten die Methoden von Jafferis, Gao und Wall funktionieren.

Ihr Ansatz, der erstmals im Dezember 2017 im Journal der Hochenergiephysik veröffentlicht wurde, lautet folgendermaßen: Werfen Sie Ihren Freund in eines der verstrickten Schwarzen Löcher. Messen Sie dann die sogenannte Hawking-Strahlung, die aus dem Schwarzen Loch austritt und Informationen über den Zustand dieses Schwarzen Lochs enthält. Bringen Sie diese Informationen dann zum zweiten Schwarzen Loch und verwenden Sie es, um das zweite Schwarze Loch zu manipulieren. (Dies kann so einfach sein wie das Ablegen eines Bündels Hawking-Strahlung aus dem ersten schwarzen Loch in das zweite.) Theoretisch sollte Ihre Freundin genau aus dem zweiten schwarzen Loch herausspringen, wenn sie das erste Loch betritt.

Aus seiner Sicht, sagte Jafferis, wäre sie in ein Wurmloch getaucht. Und als sie sich der Singularität an ihrem Hals näherte, hätte sie einen "Puls" negativer Energie erlebt, der sie auf die andere Seite getrieben hätte. [What Would Happen If You Fell into a Black Hole?]

Die Methode sei nicht besonders nützlich, sagte Jafferis, weil sie immer langsamer wäre, als nur den Abstand zwischen den beiden Schwarzen Löchern zu verschieben. Aber es gibt etwas über das Universum.

Jafferis meinte, ein bisschen Information würde zwischen verflochtenen Partikeln weitergegeben werden, etwas Ähnliches könnte passieren. Auf der Skala einzelner Quantenobjekte, sagte er, macht es keinen Sinn, über Raum-Zeit-Kurven zu sprechen, um ein Wurmloch zu erzeugen. Sie müssen jedoch ein paar weitere Partikel in die Mischung einbeziehen, um die Quanten-Teleportation etwas komplexer zu gestalten, und plötzlich macht das Wurmloch-Modell viel Sinn. Es gibt starke Beweise hier, sagte er, dass die beiden Phänomene miteinander verbunden sind.

Er weist auch nachdrücklich darauf hin, dass Informationen, die an ein schwarzes Loch verloren gingen, irgendwo hingehen könnten, wo sie eines Tages abgerufen werden könnten.

Wenn Sie morgen in ein schwarzes Loch fallen, hat er alle Hoffnung verloren. Eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation könnte im Universum zoomen, die gesamte Hawking-Strahlung sammeln, die aus dem Schwarzen Loch emittiert wird, wenn sie langsam über Äonen verdampft wird, und diese Strahlung in ein neues Schwarzes Loch komprimieren, das sich im Laufe der Zeit mit dem Original verschränkt. Sobald dieses neue Schwarze Loch entstanden ist, kann es möglich sein, Sie aus dem Loch zu holen.

Die theoretische Erforschung dieser Methode, sich zwischen Schwarzen Löchern zu bewegen, ist laut Jafferis noch nicht abgeschlossen. Das Ziel besteht jedoch mehr darin, grundlegende Physik zu verstehen, als Black-Hole-Rettungen durchzuführen. Vielleicht ist es am besten, es nicht zu riskieren.

Ursprünglich veröffentlicht am Live-Wissenschaft.