Zeitreisen sind kein Traum mehr? Wissenschaftler haben erfolgreich ein „holografisches Wurmloch“ simuliert!

Kürzlich haben Wissenschaftler

Nachrichten über "holographisches Wurmloch" wurden ein heißes Thema

Es löste eine Diskussion unter allen aus

Was ist ein Wurmloch?

Können wir damit wirklich durch die Zeit reisen?

Lassen Sie uns heute etwas über Wurmlöcher lernen

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Wurmloch? Ist das ein Loch, in dem Käfer leben?

Ein Wurmloch im Universum ist ein spezieller Tunnel, von dem Wissenschaftler vermuten, dass er existiert. Seine beiden Enden verbinden zwei weit voneinander entfernte Zeiten und Räume. Wenn Sie theoretisch von einem Ende des Wurmlochs zum anderen reisen können, können Sie Zeit- und Raumreisen mit Überlichtgeschwindigkeit erreichen.

Am Ende des Films „Interstellar“ betritt der Protagonist ein Wurmloch und reist durch Zeit und Raum. Interessierte Studierende können gerne vorbeischauen!

Bildquelle: Screenshot aus dem Film Interstellar

Um Wurmlöcher zu verstehen, müssen wir zunächst „Schwarze Löcher“ und „Weiße Löcher“ verstehen. Mit Hilfe von Hawkings beiden populärwissenschaftlichen Werken „Eine kurze Geschichte der Zeit“ und „Das Universum in der Nussschale“ hat sich das Konzept des Schwarzen Lochs seit langem tief in den Köpfen der Menschen verankert. Es handelt sich um einen Himmelskörper, dessen Volumen beim Tod eines Sterns schrumpft und dessen Dichte zunimmt, wobei er eine so extrem hohe Dichte erreicht, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Das sogenannte Weiße Loch ist eigentlich ein besonderer Himmelskörper mit entgegengesetzten Eigenschaften zu einem Schwarzen Loch. Seine Eigenschaft besteht darin, dass es ständig Dinge „ausspuckt“ und nur aussendet, aber nicht aufnimmt.

Der eine schluckt alles, der andere „spuckt“ alles aus. Können Sie sich vorstellen, was passieren würde, wenn ein Schwarzes Loch zufällig mit einem Weißen Loch verbunden wäre? Dabei entsteht ein Wurmloch.

Bildquelle: Schematische Darstellung eines Wurmlochs vom Institut für Theoretische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Im Jahr 1915 schlug Einstein die allgemeine Relativitätstheorie vor. In Einsteins Theorie sind Raum und Zeit nicht mehr absolut und unveränderlich, sondern plastisch und voneinander abhängig und werden von der Existenz der Materie beeinflusst. Im Jahr 1935 untersuchten Einstein und sein Assistent Rosen Schwarze Löcher im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie und schlugen erstmals das Konzept der „Einstein-Rosen-Brücke“ vor, die die Kanäle zwischen zwei verschiedenen Regionen in der Raumzeit verbindet. In den 1950er Jahren nannte der Physiker Wheeler diese Brücke „Wurmloch“.

Klingt das nicht aufregend? Wenn Sie ein Wurmloch betreten, können Sie in jeder Ecke des Universums erscheinen oder sogar durch Zeit und Raum reisen, Ihr Leben neu schreiben und Dinge neu wählen, die Sie einst bereut haben. Obwohl die allgemeine Relativitätstheorie die Existenz von Wurmlöchern zulässt, haben Physiker noch nie ein Wurmloch im Universum beobachtet, und bislang wurden von Menschen nur Schwarze Löcher tatsächlich beobachtet.

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Was ist ein Quantenwurmloch?

Obwohl wir im Universum noch keine Wurmlöcher entdeckt haben, haben Wissenschaftler nun Wurmlöcher geschaffen und das Phänomen der Informationsübertragung zwischen Wurmlöchern beobachtet. Denken Sie jedoch noch nicht an Reisen durch Zeit und Raum. Bei diesem Wurmloch handelt es sich nicht um das oben erwähnte Gravitationswurmloch, sondern um ein Quantenwurmloch.

Kürzlich wurde in einem im britischen Magazin Nature veröffentlichten Artikel erstmals über die Verwendung eines Quantenprozessors zur Durchführung einer Quanten-„Simulation“ eines holografischen Wurmlochs berichtet. Dieses holografische Wurmloch überträgt erfolgreich den Quantenzustand von einem Quantensystem durch das Wurmloch auf ein anderes.

Wenn das Wurmloch, das wir uns vorstellen und das durch Zeit und Raum reisen kann, als „Raum-Zeit-Wurmloch“ bezeichnet wird, dann kann das Quantenwurmloch im Quantenzustand als „Mikro-Wurmloch“ bezeichnet werden.

Welchen Nutzen hat es also, Quantenwurmlöcher zu untersuchen?

Dies liegt daran, dass die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik zwar schon seit langer Zeit weiterentwickelt wurden, zwischen ihnen jedoch immer noch ein grundlegender „Konflikt“ besteht – die Quantengravitation.

Insbesondere beschreibt die „Allgemeine Relativitätstheorie“ die Schwerkraft und ist auf große Skalen wie Sterne, Planeten und Galaxien anwendbar; während die „Quantenmechanik“ die anderen drei Grundkräfte beschreibt, die auf mikroskopischer Ebene wirken. Ist es diesen beiden möglich, „sich die Hand zu geben und Frieden zu schließen“? Das hängt davon ab, wie sich die Quantengravitation verhält.

Physiker würden dies natürlich gerne durch Experimente überprüfen, aber leider können Energie und Ausmaß der Quantengravitation unter den üblichen Laborbedingungen nicht simuliert und beobachtet werden. Hier kommt die Holografie ins Spiel, die Physikern hilft, ein System zu schaffen, das mit dem Original vergleichbar, aber weniger komplex ist. Dies ist vergleichbar mit der Verwendung eines zweidimensionalen Hologramms zum Anzeigen der Details eines dreidimensionalen Bildes.

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Wie entstehen Quantenwurmlöcher?

Im Jahr 2019 stellten Physiker bei Google eine experimentelle Hypothese auf, wonach ein Quantenzustand, der in einem Physiklabor nachgebildet werden kann, als Information interpretiert werden kann, die durch ein Wurmloch zwischen zwei Schwarzen Löchern reist.

Nun haben Wissenschaftler von Google, MIT, Fermilab und Caltech die entsprechende Quantendynamik mit 9 Qubits und 1 Quantencomputer simuliert. Im selben Quantenchip erzeugten sie zwei verschränkte Quantensysteme und platzierten ein Qubit in einem der Quantensysteme. Als Ergebnis beobachteten sie, wie die Informationen dieses Quantenbits in einem anderen Quantensystem „durch das Wurmloch reisten“, und die Ergebnisse stimmten mit den erwarteten Gravitationseigenschaften überein.

Was bedeutet das? Man kann sich vorstellen, einen Draht oder eine andere physikalische Verbindung zwischen den beiden Sätzen verschränkter Partikel anzubringen, sodass die Partikel die beiden Öffnungen des Wurmlochs kodieren können.

Bei diesem Kopplungseffekt führt die Betätigung der Partikel auf der einen Seite zu Änderungen bei den Partikeln auf der anderen Seite. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen den Partikeln auf beiden Seiten ein Wurmloch zu öffnen.

Bildnachweis: inqnet/A.Mueller Quantencomputersimulation zeigt, wie Informationen durch ein Wurmloch gelangen

Obwohl umstritten, untersuchte das beispiellose Experiment die Möglichkeit, dass Raumzeit irgendwie aus Quanteninformationen entstehen könnte. Mit der fortschreitenden Verbesserung von Quantengeräten werden die Fehlerraten geringer und die Chips leistungsfähiger, was eine tiefergehende Erforschung von Gravitationsphänomenen ermöglicht.

ENDE

Quelle: Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Jimu News

Wissenschaft und Technologie täglich, Globale Wissenschaft, Quantum Bit

Zusammengestellt von: Dong Xiaoxian

Herausgeber: Guru