Site pictogram Astroblogs

Plaveit ER=EPR de weg voor vereniging Relativiteitstheorie en Kwantummechanica?

Een ‘octopus wormgat’ Credit: Olena Shmahalo/Quanta Magazine


Al decennia wordt gezocht naar een alles omvattende theorie, die zowel de Relativiteitstheorie omvat als de Kwantummechanica, die zowel het grote van de ruimtetijd van het heelal als het kleine van de elementaire deeltjes en krachten beschrijft. De laatste twee jaar is er behoorlijk wat schot in de zaak gekomen en dat is met name sinds het verschijnen op 3 juni 2013 van het artikel van Cool horizons for entangled black holes van de twee bekende natuurkundigen Juan Maldacena (’the Master’) en Leonard Susskind. Sindsdien is dat artikel al 150 keer door vakgenoten geciteerd en alles schijnt te draaien om iets waarvoor Albert Einstein al in 1935 de grondslagen legde: ER=EPR. Deze relatie legt het verband tussen twee artikelen die Einstein dat jaar met collega’s schreef, eentje met Nathan Rosen over een fenomeen dat bekend zou worden als Einstein-Rosen bruggen, beter bekend als wormgaten, en eentje met Boris Podolsky en dezelfde Rosen over een ander fenomeen, kwantumverstrengeling. Met dat ER=EPR – oftewel Einstein-Rosen’s wormgaten en Einstein-Podolsky-Rosen’s kwantumverstrengeling – gingen Maldacena en Susskind een probleem te lijf waar sterrenkundigen en natuurkundigen mee worstelen: wat gebeurt er met de informatie van alle materie (lees: hun kwantumeigenschappen) die binnen de waarnemingshorizon in een zwart gat zit? Volgens de ijzeren wetten van de kwantummechanica kan dergelijke informatie niet verloren gaat – de behoudswet van informatie – en toch zou een zwart gat informatie doen verdwijnen. Een onderwerp waar Stephen Hawking een jaar geleden ook al mee worstelde, zie deze, deze en nog eens deze Astroblogs erover.

Zit er een firewall rondom zwarte gaten?

Hawking was met name getriggered door een artikel dat een jaar eerder voor dat van Maldacena en Susskind verscheen, het AMPS-artikel, genoemd naar de initialen van de auteurs, Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, James Sully. Berekeningen van dat viertal lieten zien dat de waarnemingshorizon van een zwart gat weliswaar informatie naar buiten kan brengen, maar dat de consequentie daarvan is dat ‘ie omgeven is door een ‘firewal’. Polchinski en z’n maatjes gingen daarbij uit van Hawking’s beroemde theorie uit 1974 van verdampende zwarte gaten, waarbij paren van deeltjes die kwantumverstrengeld zijn in staat zijn uit het zwarte gat te ontsnappen, dat wil zeggen dat één van die deeltjes van zo’n verstrengeld paar wegvliegt van het zwarte gat en het andere er in valt en verdwijnt. Kern van het AMPS-artikel: een deeltje dat uit het zwarte gat verdwijnt moet met meer dan één ander deeltje kwantumverstrengeld zijn en zo’n ”kwantum polygamie” van verstrengelde deeltjes zou onherroepelijk tot een opeenhoping van energie bij de waarnemingshorizon moeten leiden, hetgeen allesverzengende ‘firewall’ oplevert.

Juan Maldacena en leonard Susskind.

Toen waren daar Maldacena en Susskind, twee gevestigde namen in de theoretische natuurkunde. Zij waren geïnspireerd geraakt door werk van Mark Van Raamsdonk – goh, dat klinkt wel erg Nederlands – een natuurkundige, werkzaam bij de Universiteit van British Columbia in Vancouver. Die had eerder het idee postgevat dat er een relatie zou zijn tussen kwantumverstrengeling en ruimtetijd. Op een dag stuurde Maldacena een kort en cryptisch bericht per mail naar Susskind, dat enkel ‘ER=EPR‘ bevatte. Susskind, die Maldacena als ’the Master’ schijnt aan te duiden, had direct door waar het om draaide: er is een relatie tussen wormgaten, de Einstein-Rosen bruggen die een manier vormen om sneller dan het licht tussen twee punten in het heelal te reizen, en kwantumverstrengeling, het verschijnsel dat twee elementaire deeltjes met elkaar verbonden kunnen zijn en dat een verandering aan één van de deeltjes direct gevolgen heeft voor het andere deeltje, ongeacht in het heelal waar ze zich bevinden – een verschijnsel dat Einstein, Podolsky en Rosen in 1935 juist probeerden te ontkrachten.

Theoretische voorstelling van een wormgat.

Bij een klassiek wormgat zijn de uiteinden twee zwarte gaten, nou ja eigenlijk één zwart gat waar je in gaat en één wit gat waar je uitkomt – zie Interstellar voor een mooie visualisatie ervan. Bij Maldacena en Susskind is er sprake van kwantumverstrengeling tussen deeltjes bí­nnen het zwarte gat en buiten het zwarte gat en die verstrengeling verloopt via wormgaten – de onderste afbeelding hierboven. De voorstelling hiervan is door sommigen al de octopus-afbeelding genoemd, helemaal boven aan een andere voorstelling ervan. Met ER=EPR zou de firewall van AMPS omzeild worden, zou de wet van behoud van informatie intact blijven én zou er een verband worden gelegd tussen de wereld van het allergrootste, de ruimtetijd en de zwaartekracht van het heelal, beschreven met Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie uit 1915, en de wereld van het allerkleinste, de elementaire deeltjes en natuurkrachten (inclusief dezelfde zwaartekracht), beschreven door de kwantummechanica uit de jaren twintig van de vorige eeuw. Als afsluiting tenslotte deel 1 van een lezing van Susskind himself over ER=EPR, hier deel 2.

Bron: Quanta Magazine + The Reference Frame + Francis Naukas.

FacebookTwitterMastodonTumblrShare
Mobiele versie afsluiten