Ecuaţia care ar putea unifica teoria relativităţii cu mecanica cuantică

Una dintre cele mai mari probleme din fizica actuală este aceea că două dintre cele mai bune teorii pe care le avem pentru a explica Universul, relativitatea generală și mecanica cuantică, sunt incompatibile una cu alta.

Leonard Susskind, un fizician teoretician de la Stanford University, tocmai a propus o nouă ecuație care sugerează că găurile de vierme, adică „tunelurile” prin spaţiu-timp, ar putea fi soluţia prin care s-ar putea unifica relativitatea generală și mecanica cuantică.

Ecuația propusă de Leonard Susskind este înșelător de simplă. Aceasta este:

ER = EPR

După cum se poate observa, această ecuaţie nu conţine valori numerice, în schimb ea reprezintă numele unor fizicieni celebri.

Termenul din partea stângă a ecuației, ER, reprezintă, prin inițialele E și R, numele lui Albert Einstein şi a lui Nathan Rosen, cei doi fizicieni care într-o lucrare din anul 1935 au descris  găurile de vierme, care sunt cunoscute şi sub numele de „poduri Einstein-Rosen”.

Termenul din partea dreaptă a ecuației, EPR, reprezintă, prin iniţialele E, P şi R, numele lui Albert Einstein, Boris Podolsky şi Nathan Rosen, fizicieni care, tot în anul 1935, au scris o altă lucrare care descrie fenomenul de inseparabilitate cuantică.

În anul 2013, fizicianul Leonard Susskind de la Stanford University şi Juan Maldacena de la Institute for Advance Study din Princeton au sugerat că cele două lucrări ar putea descrie același lucru, o ipoteză pe care nimeni altcineva din domeniu nu a luat-o în considerare, inclusiv Einstein.

Pentru a înţelege implicaţiile acestei ecuaţii, trebuie să ne reamintim ce sunt găurile de vierme şi inseparabilitatea cuantică.

Găurile de vierme sunt ca nişte „tuneluri” între două locuri din Univers și ele reprezintă soluții teoretice ale ecuațiilor teoriei relativității generale.

Din punct de vedere teoretic, orice intră printr-o deschidere a unei găuri de vierme va ieşi prin cealaltă deschidere a acesteia aproape instantaneu, chiar dacă gaura de vierme leagă diferite regiuni din spaţiu-timp aflate de-o parte şi de alta a Universului.

Gaură de vierme. Credit: Mopic/Shutterstock.com

Inseparabilitatea cuantică descrie modul prin care două particule pot interacționa în așa fel încât, indiferent de distanţa între ele, orice modificare a stării cuantice a uneia dintre ele va afecta în mod direct și instantaneu starea cuantică a celeilalte.

În noua sa lucrare, Susskind propune un scenariu în care două persoane ipotetice, Alice și Bob, folosesc o mulţime de particule inseparabile cuantic în cadrul unui experiment. După ce Alice reţine câte un membru din fiecare pereche de particule inseparabile cuantic, în timp ce Bob reţine celălalt membru din perechile de particule inseparabile cuantic, ei se deplasează în două direcții opuse ale Universului.

Odată ajunşi la destinaţie, Alice şi Bob vor ciocni particulele lor cu o asemenea forță încât vor crea două găuri negre separate. Rezultatul, afirmă Susskind, este formarea unor găuri negre inseparabile aflate de o parte şi de alta a Universului, care sunt legate printr-o gaură de vierme uriașă.

„În cazul în care ecuaţia ER = EPR este corectă, atunci o gaură de vierme leagă aceste găuri negre, iar fenomenul de inseparabilitate cuantică poate fi descris folosind geometria găurilor de vierme”, afirmă Tom Siegfried pentru Science News.

„Mai mult, există posibilitatea ca două particule subatomice, inseparabile cuantic, să fie conectate printr-un fel de gaură de vierme cuantică”, adaugă Siegfried.

„Din moment ce găurile de vierme sunt distorsiuni ale geometriei spațiului-timp, care sunt descrise de ecuațiile câmpului gravitațional ale lui Einstein, dacă le putem identifica prin fenomenul de inseparabilitate cuantică, atunci rezultă că există o legătură între gravitație și mecanica cuantică”.

Are dreptate Susskind? Este imposibil să ştim deocamdată, deoarece lucrarea sa trebuie să fie analizată de către colegii săi fizicieni.

Aşa cum arată Siegfried, Susskind nu este singurul fizician care a propus o astfel de soluţie. La începutul acestui an fizicienii de la California Institute of Technology (Caltech) au propus o ipoteză similară, atunci când ei au studiat modul prin care schimbările stărilor cuantice pot fi legate de curbura continuumului spaţiu-timp.

„Pentru mine este evident că dacă ecuaţia ER = EPR este corectă, atunci ea va schimba interpretarea mecanicii cuantice,… iar mecanica cuantică și gravitația s-ar putea dovedi mult mai strâns legate între ele decât ne-am imaginat vreodată”, afirmă Susskind.

Sursă: Science Alert