18 juli 2019

Wordt de ruimtetijd soms gecreëerd door verstrengelde qubits?

Voorstelling van de gekromde ruimte rondom de aarde. Credit: NASA.

De beroemde natuurkundige John Archibald Wheeler wist Einstein’s Algemene relativiteitstheorie (ART – 1915) kort maar krachtig samen te vatten: ruimtetijd zegt massa hoe het moet bewegen, massa zegt ruimtetijd hoe het moet krommen. Wat hij echter niet wist te vertellen was hoe ruimtetijd nou precies ontstaat, net zomin als dat Einstein of andere natuurkundigen dat wisten te doen.

Isaac newton zag de ruimte en tijd nog als twee gescheiden dingen, die als een soort van kosmisch theater het podium boden waarin alles zich afspeelde. Het was Einstein die ze als één beschouwde, het kosmische theater van de ruimtetijd waarin het podium kon veranderen als gevolg van wat erop plaatsvond – precies zoals Wheeler het formuleerde en mathematisch beschreven werd in Einstein’s veldvergelijkingen. In 1919 volgde het eerste bewijs dat Einstein gelijk had: de door Eddington waargenomen totale zonsverduistering in dat jaar liet zien dat de locatie van sterren in de buurt van de verduisterde zon anders was door de kromming van de ruimte rondom de zon als gevolg van diens massa.

Maar de vraag rijst wat is dan precies die ruimtetijd en hoe ontstaat het? Een recent vakartikel lijkt erop te wijzen dat het mogelijk verband houdt met verstrengelde deeltjes. Natuurkundigen proberen al heel lang de ART, die het heelal op grote schaal beschrijft, en de kwantummechanica, die het juist op de allerkleinste schaal doet, te combineren, maar dat is tot op heden nog niet gelukt.

Voorstelling van 1+1-dimensionale Anti-de Sitter-ruimte, ingebed in een vlakke 1+2-dimensionale ruimte.

Vaak gaat men in theoretische exercities uit van heelalmodellen die een zogeheten Anti de Sitter (AdS) ruimte, ruimte die niet uitdijt zoals ons eigen heelal doet, maar die krimpt als gevolg van een negatieve kosmologische energiedichtheid (zie de afbeelding hierboven). Ook al is zo’n AdS ruimte niet realistisch, dan nog biedt het een uitstekend laboratorium om naar hartenlust in te experimenteren. Zo blijkt dat verstrengelde deeltjes ruimtetijd kunnen creëren! Verstrengeling is een effect dat we kennen uit de kwantummechanica en dat inmiddels al experimenteel is bewezen: deeltjesparen die uit dezelfde bron komen en die daarna elk hun eigen weg gaan blijven verbonden aan elkaar, hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn. Bij verstrengeling lijkt het alsof de deeltjes sneller dan de lichtsnelheid met elkaar kunnen communiceren – spooky action at a distance zoals Einstein dat ooit noemde.

Voorstelling van verstrengelde deeltjes.

Maar er wordt helemaal geen informatie heen en weer gezonden, dus hoe weten de deeltjes dan toch van elkaars bestaan? Dat komt omdat verstrengeling niet plaatsvindt IN de ruimtetijd, maar omdat het de ruimtetijd zelf schept, tenminste in AdS! Zoals de natuurkundige Brian Swingle in een artikel in de 2018 Annual Review of Condensed Matter Physics zegt zijn er aanwijzingen dat netwerken van verstrengelde kwantumstaten de ruimtetijd kunnen creëren. Die verstrengelde kwantumstaten worden qubits genoemd, bits van kwantuminformatie, die niet zoals klassieke computer bits uit een 0 óf een 1 bestaan, maar die een mix van 0 én 1 kunnen zijn (zie de afbeelding hieronder).

Het verschil tussen klassieke bits en qubits

Berekeningen laten zien dat verstrengelde qubits die in een x-dimensionale ruimte voorkomen zelf ruimte creëren die x+1 dimensies heeft. En daarmee is de communicatie tussen de verbonden qubits verklaarbaar, zonder overdracht van informatie met snelheden hoger dan de lichtsnelheid. Nou ja, in AdS dan. Nou nog de vraag hoe ze dit voor elkaar kunnen krijgen in een De Sitter ruimte, waar wij in ons heelal mee te maken hebben. Bron: Astronomy.com.

Reacties

  1. Enceladus Enceladus zegt

    “Bij verstrengeling lijkt het alsof de deeltjes strenger dan de lichtsnelheid met elkaar kunnen communiceren.”

    Strenger? Ik snap dat die verstrengeling van alles met de deeltjes doet, maar strenger lijkt me eerder een psychologische kwalificatie dan een natuurkundige.

    Groet,
    Gert (Enceladus)

Laat een reactie achter op Enceladus Reactie annuleren

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: