Așa cum se explică în mod obișnuit, încâlcirea cuantică reprezintă o legătură misterioasă care unește particulele, chiar și atunci când acestea sunt separate de distanțe enorme. Dacă particulele sunt emise dintr-o sursă comună, ele rămân încâlcite, indiferent cât de departe ajung una de cealaltă. Când măsurăm o proprietate (cum ar fi spinul sau polarizarea) pentru una dintre ele, vom ști automat care va fi rezultatul aceleiași măsurători pentru cealaltă.
Dar până în momentul măsurătorii, aceste proprietăți nu sunt încă definite. Acest fapt contraintuitiv a fost confirmat de numeroase experimente. Pare că o măsurătoare într-un loc determină care va fi rezultatul măsurătorii într-un alt loc îndepărtat.
Acest fenomen sugerează că particulele încâlcite ar trebui să poată comunica mai repede decât viteza luminii. Altfel, este imposibil de imaginat cum ar putea una dintre ele să știe ce se întâmplă cu cealaltă peste un spațiu-timp imens.
În realitate, particulele nu transmit niciun fel de mesaje între ele. Cum reușesc atunci particulele încâlcite să depășească prăpastia spațiu-timpului care le separă? Posibil ca răspunsul să fie că nu au nevoie să facă asta pentru că încâlcirea nu se petrece în spațiu-timp. Încâlcirea însăși creează spațiu-timpul.
Cel puțin aceasta este ipoteza avansată de unii cercetători. „Apariția spațiu-timpului și a gravitației este un fenomen misterios al fizicii cuantice a multor corpuri, pe care ne-am dori să-l înțelegem”, se menționează în articolul Spacetime from Entanglement de Brian Swingle.
Eforturile mai multor fizicieni de renume au oferit dovezi teoretice că rețelele de stări cuantice încâlcite țes însăși țesătura spațiu-timpului.
Rețele cuantice care formează universul nostru
Aceste stări cuantice sunt adesea descrise ca „qubiți” – biți de informație cuantică (similari cu biții obișnuiți de calculator, dar existând într-o suprapunere de 1 și 0, nu doar fie 1, fie 0). Qubiții încâlciți creează rețele cu o geometrie în spațiul cu o dimensiune suplimentară, dincolo de numărul dimensiunilor în care există qubiții. Astfel, fizica cuantică a qubiților poate fi apoi echivalată cu geometria spațiului având o dimensiune suplimentară.
Cel mai interesant este că geometria creată de qubiții încâlciți poate respecta foarte bine ecuațiile teoriei generale a relativității a lui Einstein, care descriu mișcarea sub influența gravitației.
Evident, geometria cu proprietăți corecte, construită din încâlcire, trebuie să se supună ecuațiilor gravitaționale de mișcare. Acest rezultat confirmă încă o dată afirmația că spațiu-timpul provine din încâlcire – scrie autorul cercetării.
Cu toate acestea, rămâne de demonstrat că indiciile găsite în universurile cu dimensiuni suplimentare vor duce la adevărata poveste a spațiu-timpului obișnuit. Cercetătorii lucrează intens pentru a verifica dacă această teorie poate explica observațiile experimentale din lumea reală.
Cum funcționează încâlcirea cuantică în practică
Pentru a înțelege mai bine acest concept complex, să luăm un exemplu familiar. Dacă avem două particule încâlcite și măsurăm spinul uneia dintre ele ca fiind „sus”, știm instantaneu că spinul celeilalte va fi „jos”. Ceea ce face fenomenul atât de ciudat este că, până la măsurătoare, particulele nu au un spin definit – ele există într-o suprapunere de stări.
Einstein a numit acest fenomen „acțiune fantomatică la distanță” și l-a considerat un defect al mecanicii cuantice. Astăzi, înțelegem că nu există nicio comunicare între particule – proprietățile lor sunt pur și simplu corelate fundamental, indiferent de distanța dintre ele.
Teoria propusă merge însă mai departe, sugerând că aceste corelații fundamentale nu sunt doar un fenomen ciudat, ci reprezintă însuși fundamentul realității – țesătura din care este construit spațiu-timpul.
Implicații profunde pentru cosmologie și fizica fundamentală
Dacă această teorie se dovedește corectă, ar avea implicații revoluționare pentru înțelegerea noastră despre Univers. Spațiu-timpul nu ar mai fi un cadru fix în care se petrec fenomenele fizice, ci rezultatul emergent al încâlcirii cuantice dintre sisteme fundamentale.
Aceasta ar putea oferi o cale de rezolvare a uneia dintre cele mai mari provocări ale fizicii moderne: reconcilierea mecanicii cuantice cu teoria generală a relativității. De decenii, fizicienii caută o teorie a gravitației cuantice care să unească aceste două piloane ale fizicii moderne.
Abordarea „spațiu-timp din încâlcire” sugerează că gravitația nu trebuie cuantificată în mod tradițional, deoarece ar fi deja un fenomen fundamentat pe mecanica cuantică – mai precis, pe încâlcirea cuantică.
Cercetătorii folosesc acum simulări computerizate avansate și modele matematice complexe pentru a testa consecințele acestei teorii și pentru a vedea dacă poate explica fenomene observate în Univers, cum ar fi găurile negre, expansiunea cosmică sau materia întunecată.
Un aspect fascinant al acestei teorii este că ar putea explica de ce spațiu-timpul pare să aibă exact trei dimensiuni spațiale și una temporală. Configurația specifică a încâlcirii cuantice ar putea favoriza natural această structură, făcând lumea noastră macroscopică așa cum o percepem.
Către o nouă paradigmă în fizică
Teoria că spațiu-timpul emerge din încâlcirea cuantică reprezintă o schimbare fundamentală de paradigmă în fizică. În loc să considerăm spațiu-timpul ca fiind scena pe care se desfășoară fenomenele fizice, această teorie sugerează că scena însăși este creată de acțiunile actorilor.
Mai mulți fizicieni de renume, inclusiv Juan Maldacena și Leonard Susskind, au dezvoltat idei similare, propunând că găurile de vierme (tuneluri ipotetice prin spațiu-timp) și încâlcirea cuantică sunt fenomene echivalente. Această echivalență, numită uneori „ER = EPR” (după inițialele lucrărilor originale de Einstein-Rosen și Einstein-Podolsky-Rosen), sugerează o legătură profundă între geometria spațiu-timpului și mecanica cuantică.
Deși cercetarea este încă în stadii incipiente, potențialul său de a revoluționa înțelegerea noastră despre realitatea fundamentală este enorm. Dacă spațiu-timpul este într-adevăr țesut din încâlcire cuantică, atunci universul nostru ar fi mult mai straniu și mai interconectat decât ne-am imaginat vreodată.
Te invităm să distribui acest articol despre teoria revoluționară a spațiu-timpului cu prietenii tăi interesați de fizică și să continui conversația despre natura realității în comentarii!
Sursa imaginii: Unsplash
Etichete: fizică cuantică, încâlcire cuantică, spațiu-timp, gravitație cuantică, teoria relativității, Einstein, mecanică cuantică
