Natuurkundigen hebben misschien een manier gevonden om informatie die in een zwart gat vastzit, te 'ontwarren'

  • Rudolf Cole
  • 0
  • 3621
  • 966

Zwarte gaten zijn zwaartekrachtmonsters die gas en stof tot op een microscopisch punt persen als grote kosmische afvalverdichters. De moderne natuurkunde schrijft voor dat informatie over deze materie, nadat ze is geconsumeerd, voor altijd verloren moet gaan in het universum. Maar een nieuw experiment suggereert dat er misschien een manier is om kwantummechanica te gebruiken om enig inzicht te krijgen in het inwendige van een zwart gat..

"In de kwantumfysica kan informatie onmogelijk verloren gaan", vertelde Kevin Landsman, een natuurkundestudent aan het Joint Quantum Institute (JQI) aan de Universiteit van Maryland in College Park. "In plaats daarvan kan informatie worden verborgen of vervormd" tussen subatomaire, onlosmakelijk met elkaar verbonden deeltjes.

Landsman en zijn co-auteurs toonden aan dat ze konden meten wanneer en hoe snel informatie werd vervormd in een vereenvoudigd model van een zwart gat, waardoor ze een potentieel kijkje konden nemen in de anders ondoordringbare entiteiten. De bevindingen, die vandaag (6 maart) in het tijdschrift Nature verschijnen, zouden ook kunnen helpen bij de ontwikkeling van kwantumcomputers. [Stephen Hawking's meest verre ideeën over zwarte gaten]

Zwarte gaten zijn oneindig dicht, oneindig kleine objecten die zijn gevormd door de ineenstorting van een gigantische, dode ster die in supernova is veranderd. Vanwege hun enorme zwaartekracht zuigen ze omringend materiaal op, dat verdwijnt achter wat bekend staat als hun waarnemingshorizon - het punt waarlangs niets, inclusief licht, kan ontsnappen.

In de jaren zeventig bewees de beroemde theoretisch natuurkundige Stephen Hawking dat zwarte gaten tijdens hun leven kunnen krimpen. Volgens de wetten van de kwantummechanica - de regels die het gedrag van subatomaire deeltjes op kleine schaal dicteren - duiken deeltjesparen spontaan op net buiten de waarnemingshorizon van een zwart gat. Een van deze deeltjes valt dan in het zwarte gat terwijl de andere naar buiten wordt voortgestuwd en daarbij een klein beetje energie steelt. Over extreem lange tijdschalen wordt er genoeg energie gestolen om het zwarte gat te laten verdampen, een proces dat bekend staat als Hawking-straling, zoals eerder is gemeld.

Maar er schuilt een raadsel in het oneindig dichte hart van het zwarte gat. De kwantummechanica zegt dat informatie over een deeltje - zijn massa, momentum, temperatuur enzovoort - nooit kan worden vernietigd. De relativiteitsregels stellen tegelijkertijd dat een deeltje dat voorbij de waarnemingshorizon van een zwart gat is gezoomd, is samengevoegd met de oneindig dichte verbrijzeling in het midden van het zwarte gat, wat betekent dat er nooit meer informatie over kan worden opgehaald. Pogingen om deze incompatibele fysieke vereisten op te lossen zijn tot nu toe niet succesvol geweest; theoretici die aan het probleem hebben gewerkt, noemen het dilemma de informatieparadox van het zwarte gat.

In hun nieuwe experiment lieten Landsman en zijn collega's zien hoe ze dit probleem konden verlichten met behulp van het naar buiten vliegende deeltje in een Hawking-stralingspaar. Omdat het verstrengeld is met zijn invallende partner, wat betekent dat zijn staat onlosmakelijk verbonden is met die van zijn partner, kan het meten van de eigenschappen van de ene belangrijke details over de ander opleveren..

"Men kan de informatie die in het zwarte gat is gevallen, herstellen door een enorme kwantumberekening uit te voeren op deze uitgaande [deeltjes]", zei Norman Yao, een fysicus aan de University of California, Berkeley, en lid van het team in een verklaring..

Van de deeltjes in een zwart gat is al hun informatie kwantummechanisch "vervormd". Dat wil zeggen, hun informatie is chaotisch met elkaar vermengd op een manier die het onmogelijk zou moeten maken er ooit uit te komen. Maar een verstrengeld deeltje dat in dit systeem door elkaar wordt gegooid, kan mogelijk informatie aan zijn partner doorgeven.

Dit doen voor een echt zwart gat is hopeloos ingewikkeld (en bovendien zijn zwarte gaten moeilijk te vinden in natuurkundelaboratoria). Dus creëerde de groep een kwantumcomputer die berekeningen uitvoerde met verstrengelde kwantumbits of qubits - de basiseenheid van informatie die wordt gebruikt bij kwantumcomputers. Vervolgens zetten ze een eenvoudig model op met drie atoomkernen van het element Ytterbium, die allemaal met elkaar verstrengeld waren..

Met behulp van een andere externe qubit konden de natuurkundigen zien wanneer deeltjes in het driedelige systeem vervormd raakten en konden ze meten hoe vervormd ze werden. Wat nog belangrijker is, hun berekeningen toonden aan dat de deeltjes specifiek met elkaar waren gecodeerd in plaats van met andere deeltjes in de omgeving, vertelde Raphael Bousso, een theoretisch fysicus van UC Berkeley die niet bij het werk betrokken was, .

"Het is een geweldige prestatie", voegde hij eraan toe. "Het blijkt dat het een heel moeilijk probleem is om te onderscheiden welke van deze dingen er werkelijk met je kwantumsysteem gebeurt."

De resultaten laten zien hoe studies van zwarte gaten leiden tot experimenten die kleine subtiliteiten in de kwantummechanica kunnen onderzoeken, zei Bousso, wat nuttig zou kunnen worden bij de ontwikkeling van toekomstige kwantumcomputermechanismen..

  • De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde
  • Wat is dat? Uw vragen over natuurkunde beantwoord
  • 18 keer kwantumdeeltjes bliezen ons op

Oorspronkelijk gepubliceerd op .




Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt