esittely
Elokuussa 2013 kymmenet tunnetut teoreettiset fyysikot kokoontuivat Santa Barbaraan, Kaliforniaan, keskustelemaan kriisistä. Heidän heikko ymmärryksensä mustista aukoista oli romahtamassa. Kaukaa katsottuna, ikään kuin kaukoputken läpi, mustan aukon pitäisi käyttäytyä kuten planeetta, tähti tai mikä tahansa muu alkuainehiukkasten ryhmittymä. Mutta jos fyysikot uskoivat Albert Einsteinin työhön, kuten useimmat heistä, niin mahdottomia seurauksia syntyi, kun he tarkastelivat mustaa aukkoa jonkun sen rajojen sisällä olevan ihmisen näkökulmasta.
Edellisen vuoden ajatuskokeilu oli terävöittänyt tätä näkökulmien yhteentörmäystä, päättäen äkillisesti kahden vuosikymmenen aselevon niiden välillä, jotka uskoivat ulkokuvan olevan perustavanlaatuinen, ja niiden välillä, jotka keskittyivät näkemykseen sisältä. Yhtäkkiä kaikenlaiset pyhät fyysiset uskomukset nousivat keskusteluun. Ajatuskokeen takana olevat ehdottivat epätoivoisesti, että mustien aukkojen sisätiloja ei ehkä yksinkertaisesti ole olemassa – että aika-avaruus päättyi mustan aukon reunaan. kirjaimellinen tulimuuri.
Jatkeena tätä ajattelua eräs konferenssin osallistuja jopa ehdotti, suurelta osin vitsillä, että paradoksi näytti viittaavan siihen, että tunnetut fysiikan lait saattoivat vain rikkoa kaikkialla koko ajan, mikä havainto ansaitsi komediakellarin arvoisen naurun. . Yksi nuoremmista osallistujista, Daniel Harlow, otti mikrofonin ja vastasi yhdellä epäuskoisella "Dude" -sanalla ennen kuin ohjasi keskustelun takaisin vähemmän harhaoppiselle pohjalle.
"Siellä oli vain aivoriihiä", sanoi Patrick Hayden, tietojenkäsittelytieteilijä, josta tuli fyysikko Stanfordin yliopistossa. "Ihmisten halukkuus lähteä liikkeelle hullujen ideoiden kanssa oli järkyttävää."
Toisen vuosikymmenen väittelyn ja laskelmoinnin jälkeen Harlow, joka on nyt vanhempi fyysikko Massachusetts Institute of Technologyssa, uskoo, että hän ja joukko nousevia teoreetikkoja ovat vihdoin löytäneet tien tai ainakin tavan neliöidä ulkoasu. ja sisänäkymät. Näin tehdessään he ovat saaneet aikaan jonkinlaisen lieventymisen suhteellisuusteorian ja kvanttiteorian taistelevien maailmojen välille. Heidän resoluutionsa, joka kutoo yhteen kauaskantoisia ideoita kvanttiinformaatioteoriasta ja läpimurtolaskelmat vuodesta 2019, on päänsärkyä aiheuttava ja kovalla työllä voitettu yritys saada ulkoa ja pitää paljon myös sisältä.
"He ovat onnistuneet osoittamaan, että ainakin periaatteessa tämä jännitys voidaan ratkaista", sanoi Tom Hartman, Cornellin yliopiston fyysikko, joka on löytänyt teoriansa lippulaivapiirteen toisesta painovoimamallista.
esittely
Vaikka heidän menetelmänsä toimii tällä hetkellä vain mustasta aukosta tehdyn paljain luuston karikatyyrin kanssa, se vangitsee monia romahtaneiden tähtien erikoisia piirteitä. Jos se pätee oikeisiin mustiin aukkoihin, se vastaa lopullisesti klassisten mustien aukkojen kysymyksiin, alkaen siitä, mitä astronautti koki putoaessaan mustaan aukkoon, ja hänen molekyyliensä järjestelyn sisältämien tietojen lopulliseen kohtaloon.
"Se edustaa jossain määrin vallankumouksen loppua, ei alkua", sanoi Geoff Penington, fyysikko Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä ja avustaja uudessa työssä.
"Se on hyvin jännittävää. Se voi olla väärin, mutta mielestäni tämä on oikea olemus", sanoi Oliver DeWolfe, fyysikko Coloradon yliopistosta Boulderista ja yksi kourallisista tutkijoista, jotka ovat rakentaneet Harlowin ja yrityksen ehdotuksen viime vuonna.
Ryhmä pyrkii pelastamaan mustan aukon sisäosan suoralta uhraukselta aiheuttamalla lihahaavan: Harlow ja yhtiö ehdottavat ironisesti, että tutut fysiikan lait rikkoutuvat mustan aukon sisällä – ja ehkä kaikkialla koko ajan. Mutta he tekevät sen aiemmin tuntemattomalla tavalla, joka on liian hienovarainen, jotta kukaan ei olisi huomannut. Juuressa on rajoitus, joka ei ole aineesta tai aika-avaruuden aineksista. Pikemminkin se tulee monimutkaisuutta koskevista väitteistä – valtavien kvanttiinformaatiomäärien sisältämistä pohjimmiltaan loputtomista mahdollisuuksista.
Hawking-säteilystä palomuuriin
Erään Santa Barbaran työpajan istunnon johti mustan aukon vallankumouksen pääarkkitehti. Skypyy sisään Cambridgen toimistostaan laajalla projektorikankaalla, elämää suurempi Stephen Hawking puolusti käsitystä, että tila ja aika säilyvät mustan aukon sisällä. "Kirjoitin jokin aika sitten paperin, joka aloitti kiistan, joka on kestänyt tähän päivään asti", hän aloitti.
Tämä kiista keskittyy siihen, että mustat aukot näyttävät olevan maailmankaikkeuden suurimman katoamisteon vaiheita.
Vuonna 1974 Hawking laskettu että tapahtumahorisontin ympärillä - mustaa aukkoa ympäröivän paluuta ei ole -pallon ympärillä kvanttivaihtelut luovat hiukkaspareja. Toinen kumppani putoaa mustaan aukkoon ja toinen pakenee. Ajan myötä kumppanit kasaantuvat sekä mustan aukon sisälle että sen ulkopuolelle, missä he lentävät laajenevassa "Hawking-säteilyn" pilvessä.
Ongelmat alkoivat siitä, että kvanttimekaniikan mukaan jokainen kaksikko on sidoksissa toisiinsa, mikä tarkoittaa, että kaksi hiukkasta kuljettavat yhdessä yhden informaatioyksikön. Jokainen kumppani on kuin kolikon kasvopuoli, jota voidaan käyttää vastaamaan kyllä tai ei kysymykseen. Tätä yksittäistä kyllä-tai ei-kapasiteettia kutsutaan "bitiksi" tai "kubitiksi", jos objekti voi esiintyä kvanttiyhdistelmässä, jota kutsutaan superpositioksi. Mutta toisin kuin kolikon kaksi pintaa, takertuneet hiukkaset voivat erota. Silti, jos yksi mittaus löytää ulkopuolisen kumppanin lukevan "päitä", toinen mittaus löytää varmasti sisäisen kumppanin lukeman "hännät".
Tämä näyttää olevan ristiriidassa Hawkingin laskelman toisen seurauksen kanssa. Kun musta aukko säteilee hiukkasia, se haihtuu lopulta kokonaan pois. Lukemattomien aionien jälkeen on jäljellä vain säteilypilvi. Mutta koska jokainen ulkopuolinen kumppani jakaa yhden palan sisäisen kumppaninsa kanssa, Hawkingin säteilyssä ei ole yksinään yhtä järkeä kuin säästöpossu täynnä yksipuolisia kolikoita. Mustan aukon sisällä olevat informaatiokubitit, jotka tallentavat mustan aukon elämän ja kaiken siihen pudonneen, näyttävät katoavan – järjetöntä kehitystä.
esittely
"Se on hyvä niin kauan kuin tavara on sisällä jossain", sanoi Samir Mathur, fyysikko Ohion osavaltion yliopistossa ja yksi vuoden 2013 konferenssin koordinaattoreista. "Mutta jos musta aukko katoaa, ulkopuolisilla tyypeillä ei ole lainkaan varmoja tiloja."
Vanhojen mustien aukkojen hämmentävä häviäminen sai fyysikot omaksumaan toisen kahdesta ristiriitaisesta näkemyksestä riippuen siitä, ovatko he uskollisia Einsteinin kaarevan aika-avaruuden teorialle, joka tunnetaan yleisenä suhteellisuusteoriana, vai kvanttimekaniikkaan. Hawking lyö vetoa Einsteinista useiden vuosien ajan. Jos hiukkasten vangitseminen ja niiden kubittien pyyhkiminen rikkoi yksipuolisia kolikoita koskevaa kvanttimekaanista kieltoa, Hawking uskoi, niin kvanttimekaniikan kannalta se on vielä pahempaa.
Toiset pitivät mieluummin mielensä mustan aukon ulkopuolella. He puolustivat kvanttimekaniikkaa, joka takaa tiukasti romanttisen käsityksen siitä, että tietoa ei koskaan todella menetetä. Esimerkiksi päiväkirjan polttamisen jälkeen voi kuvitella vangitsevansa savu-, tuhka- ja lämpöpilven ja rekonstruoivansa kadonneita lauseita. Musta aukko saattaa sekoittaa päiväkirjan hiukkasia rajummin kuin kokko, mutta sama logiikka pätee. Jos Hawkingin säteily oli jäljellä, tekstin informaatio on täytynyt vuotaa siihen jotenkin - ei välitä, että Einsteinin aika-avaruusteoria vaatii sen pysymään loukussa sisällä.
Paradoksien viimeinen osa oli, että Hawkingin analyysi oli havainnut säteilyn olevan täysin satunnaista - vailla mitään dekoodattavaa tietoa. Hänen työnsä ehdotti kahta ristiriitaista johtopäätöstä: että mustat aukot haihtuvat (mikä tarkoittaa, että säteilyn pitäisi lopulta kuljettaa tiedot pois) ja että säteily ei kuljeta tietoa. He eivät voineet olla oikeassa, joten useimmat fyysikot olettivat, että Hawking oli erehtynyt jollain tavalla.
Mutta hänen virheensä ei ollut ilmeinen. Hawking oli löytänyt sekä säteilyn että sen satunnaisuuden analysoimalla tapaa, jolla kvanttikentät toimivat kevyesti kaarevassa aika-avaruudessa - tiukasti testatussa kehyksessä, joka tunnetaan puoliklassisena fysiikkana. Hawkingin puoliklassinen lähestymistapa luotti vain kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian näkökohtiin, jotka näyttivät moitteettomilta. Samankaltaiset hoidot muodostavat perustan useimmille nykyaikaisille teorioille, mukaan lukien kuuluisa hiukkasfysiikan standardimalli.
Fyysikot odottavat puoliklassisen fysiikan horjuvan painovoiman voimistuessa, kuten se tekee mustan aukon edelleen tutkimattomassa keskustassa, kaukana tapahtumahorisontin ulkopuolella. Mutta suurten mustien aukkojen tapauksessa itse tapahtumahorisontin pitäisi olla enimmäkseen vaaraton; utelias ja hyvin varustettu astronautti voisi pudota sisään ja selviytyä pitkään ennen kuin kohtaa väistämättömän kuolemansa lähellä keskustaa. Itse asiassa galaksin M87 keskellä olevan valtavan mustan aukon horisontissa ensimmäinen musta aukko Suoraan kuvattuna painovoima ei vedä niin paljon kovemmin kuin maan päällä. Jos Hawking teki virheellisiä puoliklassisia oletuksia, niin tekevät kaikki muutkin planeetalla. "Jos [puoliklassisen fysiikan] kuvaamat fysiikan lait toimivat täällä maan päällä", sanoi Alex Maloney, McGill Universityn fyysikko, "miksi heidän ei pitäisi työskennellä tapahtumahorisontissa?"
Vuosikymmeniä kestäneen keskustelun jälkeen Hawkingin oletetusta virheestä muutamat fyysikot yrittivät saada aikaan aselevon osapuolten välillä. Vuonna 1993 Leonard Susskind Stanfordin yliopiston tutkijat alkoivat puolustaa näkemystä, että virhettä ei ollut. Karkeasti sanottuna konflikti syntyi epärealistisesta pyrkimyksestä pitää mielessä samanaikaisesti sekä mustan aukon sisä- että ulkopuoli.
Sen sijaan Susskind ja yhteistyökumppanit väittivät, että lanka, jonka ulkona oleva astronautti kertoisi, oli yksinkertaisesti erilaista kuin putoavan astronautti raportoi. Kaukana oleva astronautti näkisi heidän seuralaisensa leijuvan mustan aukon pinnalle, mikä aaltoi tunkeutuessaan sisäänsä. He näkivät tiedon leviävän mustan aukon poikki ja lopulta sihisevän pois säteilynä katoamatta koskaan sisälle. Seuralaisen näkökulmasta hän kuitenkin joutuu turvallisesti mustaan aukkoon, jossa sekä hän että hänen tietonsa jäävät loukkuun. Hänen tilinpäätöksensä poikkeaa hänen ystävänsä tilistä, mutta koska hän ei voi lähettää sanaa, joka olisi ristiriidassa heidän raporttinsa kanssa, onko siinä todella ongelma? Nämä kaksi kertomusta voivat olla jossain mielessä toisiaan täydentäviä.
"Minusta se oli aina hämmentävää", sanoi Scott Aaronson, teoreettinen tietojenkäsittelytieteilijä Teksasin yliopistosta Austinista, mutta "ihmiset asettuivat siihen vuosikymmeneksi tai kahdeksi."
Vuonna 2012 neljä fyysikkoa tuli mukaan ja polttivat täydentävyysargumentin maan tasalle. Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski ja James Sully – ryhmä, jota kutsutaan yleisesti heidän nimikirjaimillaan AMPS – esittelivät yksityiskohtaisesti kaksivaiheisen ajatuskokeilu joka antaisi yhden tarkkailijan todistaa mustaa aukkoa, joka kätkee tietoja kahteen paikkaan kerralla.
Ensinnäkin ulkona oleva astronautti kauhaa jokaisen hiukkasen, jonka musta aukko lähettää suurimman osan 10:stä67- vuoden käyttöikä. Olettaen, että informaatiota joutuu säteilyyn, joidenkin ulkopuolisten kumppanien on täytynyt sotkeutua toisiinsa ja antaa niille määrätyt tilat. Astronautti analysoi nämä hiukkaset ja vahvistaa, että ne ovat sotkeutuneet. "Oletetaan, että sinulla on hyvin pitkä [tutkimus] apuraha", Aaronson sanoi.
Sitten hän sukeltaa mustaan aukkoon ja vahvistaa, että jotkut hänen ulkopuolelta opiskelemaansa kumppanit ovat myös kietoutuneet sisäisten kumppaneiden kanssa. Hawkingin puoliklassinen laskelma osoittaa, että hän löytää tämän, mikä viittaa siihen, että ne, jotka näyttivät reilulta kaksipuoliselta kolikolta mustan aukon ulkopuolella, kätkevät sisällä laittoman kolmannen kasvon.
AMPS oli osoittanut, että Hawkingin paradoksilta ei ollut piilossa. He asettuivat vastahakoisesti kvanttimekaniikan puolelle mustan aukon ulkopuolella, ja sen seurauksena he uhrasivat sisällä olevan tilan: Ehkä musta aukko höyrysti sisään putoavan aineen "palomuurilla" horisontissa, estäen sekaantuvia astronauteja lopettamasta koetta. "Mustalla aukolla ei vain ole sisäosaa ollenkaan", Aaronson kuvaili heidän johtopäätöstään. "Kun yrität hypätä sisään, kohtaat aika-avaruuden lopun."
Kukaan ei pitänyt tästä ideasta hyvänä, koska puoliklassinen fysiikka ei osoittanut, että horisontin ohittaminen tuntuisi erilaiselta kuin rajan ylittäminen Illinoisista Iowaan. Yhteisö järjesti sarjan työpajoja pohtiakseen tapoja ulos sotkusta, mikä huipentui Santa Barbaran tapaaminen.
"Meillä oli hauska muutama kuukausi, kun kaikki yrittivät tappaa tämän väitteen, mutta eivät onnistuneet", Harlow sanoi.
Keskellä kaaosta Harlow muodosti yhteistyön Haydenin – silloinen tietojenkäsittelytieteilijän – kanssa tutkiakseen, mitä astronautilta vaadittaisiin todella suorittamaan AMPS-kokeilu. He käsittelivät mustaa aukkoa kvanttisalauslaitteena – jona, joka vastaanottaa luettavaa tietoa (normaalia ainetta) ja sylkee ulos salattua tietoa (säteilyä). Tässä yhteydessä voitaisiin kuvitella AMPS-kokeilun suorittamista käyttämällä konetta tietojen salauksen purkamiseen - kvanttitietokoneen kaltaista konetta. Ja Aaronsonin kvanttilaskennan rajoja käsittelevän väitöskirjan keskeisen tuloksen ansiosta he löysivät jotain outoa.
Musta aukko jauhaa sisään putoavan aineen niin perusteellisesti, että jos astronautti todella antaisi kvanttitietokoneen tehtäväksi purkaa säteily, tehtävä kestäisi aioneja. Kestäisi niin kauan, että musta aukko olisi kauan poissa, ennen kuin edistymispalkki saavuttaisi edes yhden prosentin murto-osan. Ja siihen mennessä astronautti ei pystyisi hyppäämään sisälle saamaan ulkopuolista tietoa kuunvalosta sisäpuolelta, koska sisäpuolta ei olisi olemassa.
"Se oli havainto, jonka kanssa emme oikein tienneet mitä tehdä", Harlow sanoi. "Lopuksi, 10 vuotta myöhemmin, tiedämme, mitä sille tehdään."
Kuinka tehdä avaruus-aikaa kvanttitietokoneella
Vuoden 2013 työn jälkeen Harlow laittoi mustat aukot sivuun keskittyäkseen yksinkertaisempaan ongelmaan: itse tyhjään tilaan. Hän alkoi tutkia epärealistista käänteistä avaruutta, joka tunnetaan nimellä anti-de Sitter -avaruus ja joka sallii myös kaksi hyvin erilaista kuvausta, aivan kuten mustat aukot vaikuttivat.
"Jos ymmärrän anti-de Sitter -avaruuden tarpeeksi hyvin, se ehdottaa tapaa mennä eteenpäin, takaisin mustiin aukkoihin", Harlow muisteli ajatuksiaan. "Ja se on todellakin selvinnyt."
esittely
Fyysikot kiehtovat anti-de Sitter -avaruutta, koska se kaareutuu eksoottisella tavalla, joka sallii äärettömän määrän tilaa mahtua rajallisen rajan sisään. Vieläkin hätkähdyttävämpää on, että mikä tahansa anti-de Sitter -tilassa tapahtuva tapahtuma näyttää olevan tapa muotoilla uudelleen rajalla asuvien hiukkasten avulla, jotka pelaavat täysin eri fyysisten sääntöjen mukaan. Esimerkiksi aurinkokuntaa keskeisellä anti-de Sitter -alueella voidaan kuvata kokoelmaksi rajan ympärille hajallaan olevia hiukkasia, jotka noudattavat vain kvanttiteoriaa ja joilla ei ole lainkaan gravitaatiota tai aika-avaruutta.
Harlowin pääkysymys oli, kuinka rajalla olevat hiukkaset, joilla ei ole käsitystä aika-avaruudesta, voisivat mahdollisesti vangita kokemuksen keskusalueen planeetan asukkaasta, jolle aika-avaruus on kiistatta tärkeä. Naiivisti voisimme odottaa joutuvamme ongelmaan, jossa rajatapahtumat voisivat kaikua välittömästi läpi keskeltä – paikka, jossa vaikutusten leviämisen pitäisi kestää aikaa. Tämän ongelman vuoksi rajahiukkasten ja keskeisen aika-avaruuden välisen suhteen tulisi olla löysä, jotta rajamuutokset eivät heti vaikuta keskelle, mutta eivät niin löysät, että raja menettäisi kokonaan kuvan siitä, mitä keskellä tapahtuu. .
"Sinun täytyy olla riippumaton kaikista järjestelmän osista, mutta ei riippumaton järjestelmästä, mikä on kuin aaargh", Harlow sanoi ja nosti kätensä turhautuneena.
Lopulta Harlow tajusi, että joukko tutkijoita oli jo ratkaissut ongelman. He eivät olleet ajatellut lainkaan aika-avaruuden rakennetta. He keksivät tapoja kvanttitietokoneille korjata virheet.
Saadaksesi käsityksen siitä, kuinka virheenkorjaus ilmentää Harlowin etsimää Goldilocks-suhdetta, harkitse yksinkertaista menetelmää klassisen yksibittisen viestin koodaamiseksi kolmibittiseksi lähetykseksi. Osoittaaksesi 1, lähetä 111. Osoittaaksesi 0, lähetä 000. Vaikka virhe tapahtuisi, vastaanottaja voi vain tehdä enemmistöäänen. Se ymmärtää silti 001:n tarkoittavan 0:ta tai 011:tä 1:tä. Yksittäinen virhe ei pilaa viestiä, koska tieto elää kaikissa numeroissa. Viesti on riippumaton jokaisesta yksittäisestä kappaleesta, mutta ei riippumaton koko lähetyksestä – juuri sitä, mitä Harlow tarvitsi. Kvanttivirheiden korjaaminen kubiteissa (toisin kuin klassisissa bitteissä) vaatii monimutkaisempia järjestelmiä, mutta nämä kaksi ongelmaa jakavat tämän ominaisuuden, jossa tietoja tahrataan useiden kappaleiden välillä. in 2014, Harlow teki yhteistyötä AMPS:n Almheirin ja Santa Barbaran Kalifornian yliopiston Xi Dongin kanssa selittääkseen kuinka kvanttivirheitä korjaavat koodit voisi levittää anti-de Sitter -avaruus-aika-informaatiota rajakubittien kesken.
Idean ydin oli seuraava. Kuvittele anti-de Sitter -tilan keskuspiste yhden bitin viestinä. Rajahiukkaset ovat lähetyksen numeroita. Jaa raja kolmeen kaareen. Minkä tahansa kaaren hiukkaset tietävät anti-de Sitter -pisteistä viereisellä alueella. Mutta he eivät tiedä alueen ulkopuolisista kohdista. Yksikään kaari ei tiedä keskipisteestä, tilanne muistuttaa, kuinka yksikään lähetysnumero ei riitä rekonstruoimaan sanomaa.
esittely
Mutta keskipiste sijaitsee yhdistetyn alueen sisällä, joka kuuluu mihin tahansa kahteen kaariin - toistaen kuinka kaksi lähetysnumeroa riittää viestin tulkitsemiseen. Tällä tavoin virheenkorjaus tuntui sopivalta kieleltä ymmärtää tyhjää anti-de Sitter -avaruutta kahdesta näkökulmasta: joko vanilja-avaruus-aikana tai, kiehtovaa, kokoelmana avaruutta sisältämättömiä kvanttikubitteja.
esittely
"Tämä on tavallaan yllättävää", DeWolfe sanoi. Kvanttitieto ei ole vain kvanttitietokoneiden rakentamista varten. "On käynyt ilmi, että nämä ovat niin tärkeitä ideoita, että kvanttigravitaatio näyttää käyttävän niitä."
Harlow oli onnistunut yhdistämään nämä kaksi tapaa tarkastella aika-avaruutta. Ainoa ongelma oli, että kehys ei vastannut tarkoitustaan. Kun aika-avaruus sisälsi mustan aukon, kvanttivirheen korjaus epäonnistui.
Jo vuonna 2012, fyysikot olivat kelluneet ajatukseen puuttua mustan aukon sisäosaan virheenkorjauskoodeilla. Mutta jälleen kerran, ristiriitaiset näkökulmat Hawkingin laskelmissa olivat järkyttäneet heidät. Tapahtumahorisontin sisällä oleva astronautti näkisi putoavien säteilykumppaneiden sataa loputtomiin. Mustan aukon tietokapasiteetti, jos sen kuvittelee olevan kosminen kiintolevy, kasvaa ja kasvaa koko sen elinkaaren ajan.
Samaan aikaan astronautti mustan aukon ulkopuolella sen kultaisina vuosina näkisi sen kirjaimellisesti pienenevän kooltaan haihtuessaan. Saavuttaakseen toiveen kahden näkökulman neliöistämisestä virheenkorjauksella Harlow näytti tarvitsevan tavan koodata kasvava sisäpuoli sen kutistuvaan rajaan, tehtävän kuten pyytää merimiestä sovittamaan viesti "SOS" yhden merkin lähetykseen.
"Tarina sulkee pois mustien aukkojen sisäpuolen", sanoi Christopher Akers, MIT:n tutkija, joka toisen vuoden jatko-opiskelijana vuonna 2016 inspiroitui Harlow'sin vaikutusvaltaisesta virheenkorjauspaperista. "Se istui minulle oudosti, joten vietin paljon aikaa miettien, kuinka voisitte sisällyttää mustia aukkoja paremmin."
Häneltä kesti neljä vuotta löytää sellainen, ja toinen vuosi, jotta hän saisi Harlowin vakuuttuneeksi siitä, että siinä oli mitään järkeä.
Resepti tiedon pakoon
Kun Harlow ja Akers pohtivat erikseen mustan aukon sisäpuolta, joukko tutkijoita oli murtumassa ulkopuolelta. Penington, nouseva brittiläinen fyysikko, oli yksi avainpelaajista. Hän oli jäänyt paitsi palomuuridraamasta Santa Barbaran konferenssissa, sillä vuonna 2013 hän oli 21-vuotias ja kesken perustutkinto-opintojaan Cambridgen yliopistossa.
Kun Penington vieraili Stanfordissa vuonna 2015 tulevana jatko-opiskelijana, hän tunsi olevansa repeytynyt kvanttigravitaation ja kvanttiinformaation opiskelun välillä tohtorintutkintoa varten. Sitten hän tapasi Haydenin. Penington yllättyi huomatessaan, että hänen äitinsä – Frances Kirwan, matemaatikko Oxfordista – oli ollut yksi Haydenin tutkinnon suorittaneista ohjaajista ja että Hayden, syntyperäinen kanadalainen, oli auttanut äitiään suunnittelemaan kanoottimatkaa Ontarion maaseudulle, jolle hän oli lähtenyt. hän oli 8-vuotias. Hän oli vieläkin yllättynyt kuultuaan, että Hayden oli ytimenä pyrkimyksissä selittää mustia aukkoja kubiiteilla yhdistäen Peningtonin kaksi kiinnostusta. Pariskunta päätti tehdä yhteistyötä.
Hayden ja Penington aloittivat heidän mielestään abstraktista ongelmasta epätäydellisissä virheenkorjauskoodeissa ja julkaisivat räikeä kvanttitietopaperi Vuonna 2017. Tuo teos ei maininnut mustia aukkoja tai aika-avaruutta, mutta ensi vuonna he toivat koodinsa anti-de Sitter -avaruuteen. Lopulta vuonna 2014 kehittämän kaavan mukaan Netta Engelhardt, vuosituhattaustainen fyysikko, Penington alkoi epäillä, että anti-de Sitter -avaruuden tietty alue seuraa entropiaa, määrää, joka liittyy mustasta aukosta aaltoilevan sotkeutuneen Hawking-säteilyn pilven tietokapasiteettiin. Hän vietti talven 2018-2019 yksin selvittäessään yksityiskohtia tarkistaakseen aavistuksensa.
"Se on vaikeinta, mitä olen jatkuvasti työskennellyt fysiikan parissa elämässäni", Penington sanoi. ”Olin joululomalla Meksikossa, mutta ajattelin sitä salaa koko ajan. Ystäväni kysyivät jatkuvasti: "Miksi olet niin hiljaa?"
Samoihin aikoihin Engelhardt löi läpi oleellisesti identtisen laskelman. Vuoden 2019 alussa hän yhdisti voimansa Almheirin ja Marolfin AMPS:n ja Henry Maxfieldin kanssa Stanfordissa käyttääkseen vuoden 2014 kaavaa, joka antaa entropian tilanteessa, jossa painovoimaan liittyy, tutkiakseen mustan aukon ulkopuolella olevan säteilyn tietoja.
Molemmat joukkueet saivat saman vastauksen, jonka he julkistivat koordinoi paperit toukokuussa 2019. Laskelmissa laskettiin ulkosäteilyn "päät" - mikä kertoo kuinka monta sotkeutunutta "häntä" on piilossa mustan aukon sisällä. Nuorten, tyhjien mustien aukkojen kohdalla erotettujen kolikon pintojen määrä kasvaa tapahtumahorisontin jakaessa Hawking-pareja, aivan kuten Hawking odotti. Mutta iän myötä erottuneiden kasvojen määrä alkaa laskea - mikä tarkoittaa, että musta aukko on täyttynyt ja jotenkin tyhjentää tietoa ulkoiseen säteilyyn, aivan kuten kvanttimekaniikka vaatii.
esittely
"Nämä toukokuun lehdet olivat todella upeita", Harlow sanoi. Hän oli vaikuttunut siitä, että heillä oli ”rohkeutta tehdä laskelma. Olisin luullut sen olevan liian vaikeaa."
Lopulta Penington, Engelhardt ja heidän työtoverinsa luulivat ymmärtäneensä mitä mustan aukon ulkopuolella tapahtui. Tietoa todellakin vuoti säteilyyn, kuten monet fyysikot olivat olettaneet. Tällä tosiasialla oli kolme ratkaisevaa seurausta.
Ensinnäkin se kavensi Hawkingin virheen mahdollisuuksia. Säteily ei voinut olla todella satunnaista, joten miksi muuten luotettava puoliklassinen fysiikka vihjasi sen olevan?
Toiseksi se siirsi heidän ymmärryksen rajansa mustan aukon ulkopuolelta sisäpuolelle. Miten vanhan mustan aukon tapahtumahorisontin sisällä oleva astronautti kokisi haihtumisen?
Lopuksi se ehdotti, että Hawkingin puoliklassinen kehys oli melkein oikea ja että ensimmäisen askeleen ottaminen sisätiloihin ei saisi vaatia täydellistä kvanttigravitaation teoriaa. He olivat onnistuneet analysoimaan ulkoa tuttujen aika-avaruusainesten avulla. Mutta vain hieman muokatun reseptin avulla (vuoden 2014 entropiakaava) he huomasivat, että tiedot pakenevat sisätiloista. Laskelmat saivat heidät luottamaan siihen, että puoliklassista näkymää mustan aukon sisätiloihin ei tarvitse hylätä. Palomuurit näyttivät yhä enemmän liian pitkältä.
"Jos heitämme sisätilojen kuvauksen pois, heitämme vauvan ulos kylpyveden mukana", Engelhardt sanoi. "On olemassa tapa käyttää puoliklassista painovoimaa oikean laskelman tekemiseen."
Engelhardtilla, gravitaatioentropian asiantuntijalla, oli joitain palasia, ja näytti siltä, että Harlowilla oli muutama enemmän. Engelhardtin MIT:n toimistolla on yhteinen muuri Harlow'sin kanssa, joten oli luonnollista, että he yhdistävät voimansa. Samoihin aikoihin Akers muutti MIT:ään heidän postdociksi, ja he kolme alkoivat tehdä niin pohtia ongelmaa.
Kuinka katkaista avaruus-aika kvanttitietokoneella
Pandemia pakotti maailman sisälle vuoden 2020 alussa, akateemikkokolikko siirsi mustien aukkojen ajatuskokeilunsa MIT:n tauluilta Zoomin digitaaliseen ympäristöön.
Heidän tavoitteenaan oli koota kaikki säikeet ja kehittää jotain konversioprosessia, jolla puoliklassinen sisustusperspektiivi muutetaan kvanttimekaaniseksi ulkonäkökulmaksi. Tällainen teoria olisi hyödyllinen astronautille juuri mustan aukon sisällä. Hän saattoi ottaa tilannekuvan ympäristöstään, suorittaa sen toimenpiteen läpi ja saada takaisin kuvan, joka kertoi hänelle, mitä ulkopuolinen kollega näki. Vaikka nämä kaksi valokuvaa saattavat näyttää vangitsevan erilaisia tapahtumia, Rashomon Tyyliin, muunnoksen tulisi paljastaa kohtausten olevan salaa yhteensopivia. Se olisi hienostuneempi elvytys Susskindin näkemykseen täydentävyydestä.
esittely
Akers oli jo vakuuttunut siitä, että muunnosohjelma tulisi kirjoittaa kvanttivirheenkorjauksen kielellä, koska Harlow oli jo tehnyt töitä tyhjälle tilalle. Puoliklassinen sisäpuoli olisi viesti, ja kvanttiulkopuoli olisi välitys. Ja koska sisustus näytti kasvavan kutistuvan horisontin sisällä, heidän oli vain keksittävä virheenkorjauskoodi, joka voisi tukkia SOS:n yhteen S:hen.
Akers kohtasi kollegoidensa skeptisyyttä. Tapa, jolla koodauksen täytyisi poistaa tiedot mustan aukon sisältä, rikkoi kvanttimekaanista tiedonmenetyskieltoa. Jos sisäastronautti polttaisi tehtävälokinsa, hän ei ehkä pysty rekonstruoimaan kopiota tuhkasta.
"Jos muutat kvanttimekaniikkaa, ihmiset pitävät sinua hulluna, ja yleensä he ovat oikeassa", Harlow sanoi. "Minä epäröin."
Myöhemmin samana vuonna MIT:n jatko-opiskelija (nyt Stanfordissa) nimeltä Shreya Vardhan liittyi miehistöön. Hän teki joitain konkreettisia entropialaskelmia, jotka lopulta vakuuttivat kaikki, että kvanttimekaniikan kevyt rikkominen sisällä oli ainoa tapa pelastaa se kokonaan ulkopuolelta.
"Erityisesti Shreya ja Chris painostivat sitä eri tavoilla", Harlow sanoi. "Shreya mursi minulle viimeisen esteen, ja tajusin, että tämä on todella järkevää."
Akers oli työskennellyt Peningtonin kanssa, joten hänkin osallistui. Ponnistelu kesti muutaman vuoden päälle- ja poistyötä. Ja juuri kun he istuutuivat kirjoittamaan tuloksiaan, kolme viidesosaa tiimistä sai samanaikaisesti Covid-19:n. Mutta viime heinäkuussa he vihdoin julkaisi esipainoksen yksityiskohtaisesti heidän teoriansa siitä, kuinka mustan aukon sisäpuoli voitaisiin koodata sen ulkopintaan maailman oudoimmalla virheenkorjauskoodilla.
Näin se toimii. Uhrautuva astronautti mustan aukon sisällä tallentaa kaikkien häntä ja mustaa aukkoa ympäröivien fotonien, elektronien ja muiden hiukkasten konfiguraation - kvanttidatatiedoston, joka koostuu joukosta kubitteja, jotka vangitsevat hänen puoliklassisen kokemuksensa. Hänen tavoitteenaan on ymmärtää kumppaninsa kvanttinäkökulma ulkona sillä hetkellä. Ryhmä kehitti kaksivaiheisen algoritmin, jonka voisi kuvitella toimivan kvanttitietokoneella tuon sisäisen tilannekuvan muuntamiseksi.
Ensinnäkin ohjelma sekoittaa puoliklassiset kubitit lähes tuntemattomaksi käyttämällä yhtä matematiikan satunnaisimpia muunnoksia.
Sitten tulee salainen kastike. Toinen vaihe liittyy jälkivalintaan, outoon operaatioon, jota informaatioteoreetikot käyttävät useammin kuin fyysikot. Jälkivalinnan avulla kokeilija voi suorittaa satunnaisen prosessin halutun tuloksen saavuttamiseksi. Sano, että haluat heittää kolikon ja saada 10 päätä peräkkäin. Voit tehdä sen, jos sinulla on kärsivällisyyttä aloittaa alusta joka kerta, kun se tulee esiin. Vastaavasti koodausohjelma alkaa mittaamaan puoliklassisia kubitteja, mutta käynnistyy uudelleen joka kerta, kun se saa arvon 1. Lopulta, kun se on mitannut suurimman osan salatuista kubiteista ja saanut onnistuneesti nollajonon, se heittää ne kubitit pois. Muutamat jäljellä olevat, mittaamattomat kubitit edustavat mustan aukon kvanttikuvan pikseleitä ulkopuolelta katsottuna. Siten koodi puristaa suuren puoliklassisen RAW-tiedoston kompaktiksi kvantti-JPEG-tiedostoksi.
Se on "häviöllinen tapa pakata paljon puoliklassista tietoa äärelliseen kvanttiavaruuteen", Hartman Cornellista sanoi.
Mutta siinä on iso saalis. Kuinka tällainen ohjelma voisi poistaa niin paljon puoliklassista tietoa poistamatta mitään olennaisia yksityiskohtia? Menettely tarkoittaa, että puoliklassinen fysiikka on täynnä pörröisyyttä – hiukkaskonfiguraatioita, jotka sisäastronautti saattaa havaita ja jotka eivät ole todellisia. Puoliklassista fysiikkaa on kuitenkin testattu tiukasti hiukkasten törmäyskoneissa maan päällä, eivätkä kokeet ole nähneet merkkejä sellaisista mirageista.
"Kuinka monta tilaa on luotettavasti koodattu? Ja kuinka hyvin semiklassinen teoria voi pärjätä?" Hartman sanoi. "Koska sen on oltava häviöllinen, ei ole selvää, että se voi tehdä mitään."
Selittääkseen, kuinka virheellinen teoria voisi toimia niin hyvin, ryhmä kääntyi Haydenin ja Harlowin vuonna 2013 tekemän oudon havainnon puoleen, jonka mukaan säteilyn purkaminen AMPS-kokeeseen vaatisi niin monia vaiheita, että se olisi käytännössä mahdotonta. Ehkä monimutkaisuus voisi olla puoliklassisen fysiikan halkeamia. Koodaus ei poistanut asetuksia tahallaan. Se pyyhki pois vain tietyt hiukkasjärjestelyt, jotka olivat monimutkaisia siinä mielessä, että niiden muodostuminen kestäisi niin kauan, ettei sisäastronautti voinut koskaan odottaa näkevänsä niitä.
Suurin osa työstä muodosti sen, että koodi jätti yksinkertaiset tilat olennaisesti koskemattomiksi. Ryhmä väitti, että missä tahansa kaksivaiheisen prosessin versiossa monimutkaisen puoliklassisen konfiguraation luominen ilman vastinetta ulkopuolelta vie periaatteessa ikuisuuden - noin 10,000 50 kertaa maailmankaikkeuden nykyiseen ikään verrattuna vain 87 kubitin subatomissa. mustan aukon pilkku. Ja oikealle mustalle aukolle, kuten M10 ja sen XNUMX70-Odd qubits, puoliklassisen fysiikan rikkova kokeilu kestäisi eksponentiaalisesti kauemmin.
Ryhmä ehdottaa, että mustat aukot korostavat uutta hajoamista vakiintuneessa fysiikan kehyksessä. Aivan kuten Einstein kerran ennusti, että Newtonin käsitys jäykistä etäisyyksistä epäonnistuisi riittävän suurilla nopeuksilla, he ennustavat, että puoliklassinen fysiikka epäonnistuu äärimmäisen monimutkaisissa kokeissa, joissa on käsittämätön määrä askeleita ja käsittämättömiä ajanjaksoja.
Ryhmä uskoo, että palomuurit olisivat osoitus tällaisesta käsittämättömästä monimutkaisuudesta. M87:n kaltainen todellinen musta aukko on ollut olemassa vasta miljardeja vuosia – ei läheskään tarpeeksi kauan, jotta puoliklassinen sisustus murtuisi palomuurissa. Mutta jos joku pystyisi tekemään epätodennäköisen monimutkaisia kokeita tai jos musta aukko olisi elänyt erittäin pitkään, kaikki puoliklassiset vedot olisivat pois.
"Siellä on monimutkaisuusraja", Harlow sanoi. "Kun alkaa tehdä eksponentiaalisia asioita, [fysiikka] alkaa todella olla erilaista."
Monimutkaisuuden kirouksen pelastama
Kun fyysikot olivat vakuuttuneita siitä, että koodin häviöllisyys ei johtaisi havaittaviin halkeamiin puoliklassisessa fysiikassa mustan aukon sisällä, ryhmä tutki seurauksia. He havaitsivat, että ilmeinen virhe osoittautui perimmäiseksi ominaisuudeksi.
"Näyttää pahalta. Näyttää siltä, että menetät tietoja, koska poistat monia osavaltioita”, Akers sanoi. Mutta "kävi ilmi, että se on kaikkea mitä olet koskaan halunnut."
Erityisesti se ylittää vuoden 2019 työn, joka koskee sitä, miten tieto pääsee ulos mustasta aukosta. Tai pikemminkin se viittaa siihen, että kubitit eivät ole aivan sisällä.
Salaisuus piilee konversion muhkeassa toisessa vaiheessa, jälkivalinnassa. Jälkivalinta sisältää samat matemaattiset ainesosat, nimittäin sotkeutuneiden kumppanien mittaamisen, kuin oppikirjan kvanttiprosessi, joka teleporttaa tietoa paikasta toiseen. Joten vaikka muunnosprosessi ei ole fyysinen tapahtuma, joka toistuu ajallaan, se selittää, kuinka tiedot näyttävät siirtyvän sisältä ulkoa.
Pohjimmiltaan, jos sisäastronautti muuttaa mustan aukon loppuvaiheessa otetun tilannekuvan, hän oppii, että tieto, joka näyttää olevan hänen ympärillään olevissa hiukkasissa – tai jopa hänen omassa kehossaan – on ulkoisesta näkökulmasta katsottuna, ja se leijuu Hawkingissa. säteilyä ulkopuolella. Ajan myötä kääntymisprosessi paljastaa yhä enemmän hänen maailmaansa epätodelliseksi. Hetki ennen mustan aukon katoamista, huolimatta astronautin päinvastaisesta vaikutelmasta, hänen tietonsa on lähes kokonaan ulkopuolella, säteilyn mukana. Seuraamalla tätä prosessia tilannekuva kerrallaan ryhmä pystyi johtamaan Engelhardtin entropiakaavan, joka oli löytänyt tietoa säteilystä vuonna 2019. Sekin on sivutuote konversion häviöllisyydestä.
Lyhyesti sanottuna muunnos selittää, kuinka astronautti voi tietämättään kokea sisätilan, joka irtaantuu yhä enemmän ulkoisesta todellisuudesta kypsyessään. He väittävät, että Hawkingin virhe oli asettua täysin sisäastronautin saappaisiin ja olettaa, että puoliklassinen fysiikka toimi täydellisesti sekä mustan aukon sisällä että sen ulkopuolella.
Hän ei ymmärtänyt, kuten Harlow ja yritys nyt uskovat, että puoliklassinen fysiikka ei pysty kuvaamaan tarkasti ilmiöitä ja kokeita, jotka vaativat eksponentiaalista monimutkaisuutta. Säteilyssä olevan salatun tiedon purkaminen kestäisi esimerkiksi eksponentiaalisesti pitkän ajan, minkä vuoksi hänen puoliklassinen analyysinsä ennustaa virheellisesti säteilyn ominaisuuksittomana. Ominaisuudet ovat siellä; niiden paljastamiseen tarvittaisiin monta, monta kertaa maailmankaikkeuden ikä.
Lisäksi on syy, miksi sisätilojen informaatiokapasiteetti näyttää kasvavan mustan aukon pinnan koon pienentyessä: Puoliklassinen laskelma sisältää virheellisesti valtavan määrän monimutkaisia tiloja, joilla ei ole kvanttivastineita ulkopuolella. Jos fyysikot ottavat huomioon tavat, joilla monimutkaisuus voi sotkea puoliklassista fysiikkaa, sisällä olevan aika-avaruuskuvan ja ulkopuolella olevan kvanttikuvan välinen yhteentörmäys haihtuu.
"Näemme nyt johdonmukaisen tien paradoksin läpi", Harlow sanoi.
Mustan aukon hämmennys
Harlowin luottamuksesta huolimatta muilla mustan aukon yhteisössä on paljon kysymyksiä.
Suurin rajoitus on, että koodin yhdistämät teoriat ovat erittäin yksinkertaisia. Kvanttimekaanisessa kuvauksessa on kokoelma kubitteja, jotka säteilevät tietoa. Puoliklassisessa kuvauksessa on tapahtumahorisontin erottama sisäpuoli ulkopuolelta. Ja siinä se. Ei ole painovoimaa eikä aika-avaruuden tunnetta. Koodissa on paradoksin ydinpiirteet, mutta siitä puuttuu monia yksityiskohtia, jotka olisivat välttämättömiä väittämään, että todelliset mustat aukot toimivat tällä tavalla.
"Toivomme kuten aina, että sinulla on lelumalli, josta olet poiminut kaiken tärkeän fysiikan ja hylännyt kaiken merkityksettömän fysiikan", Maloney sanoi. "On melko hyviä syitä ajatella, että tämä on totta, mutta siitä huolimatta on tärkeää olla varovainen."
Vaihtoehtoisia ratkaisuja on paljon, ja todellinen painovoima voisi silti ratkaista paradoksin jollakin näistä tavoista. Esimerkiksi Mathur of Ohio State johtaa tutkimusohjelmaa, joka tutkii yhtä tällaista vaihtoehtoa. Analysoidessaan, mitä tapahtuisi romahtavalle tähdelle jousiteoriassa, hän ja hänen työtoverinsa huomasivat, että kielet voivat pysäyttää romahduksen. Ne muodostavat vääntelevän massan, "sumupallo”, jonka monimutkainen vääntely pysäyttäisi tapahtumahorisontin – ja paradoksin – muodostumisen. Mathur vastustaa uutta ratkaisua ja uskoo yleisesti, että häviöllinen koodi on liian monimutkainen ehdotus. "Tiedon paradoksi on ratkaistu kauan sitten", hän sanoi. (Nämäpallojen mukaan.)
Samaan aikaan Marolf, joka työskenteli Engelhardtin kanssa havaitakseen tiedot säteilystä vuonna 2019, epäilee, että heidän ratkaisunsa voi olla liian konservatiivinen. "Huoleni on, että se on melkein liian helppoa", hän sanoi.
Hän tukehtuu häviöllisyyteen, mikä tarkoittaa, että koodi nykyisessä muodossaan antaa ainutlaatuisia vastauksia vain sisäastronautille. Jos ulkopuolinen astronautti ottaa kuvan ja haluaa tietää, mitä se kertoo sisältä, hänen on arvattava puoliklassiset pikselit, jotka koodi pyyhkii pois. Vaikka nuo tilat ovat jossain mielessä illusorisia, ne ovat välttämättömiä ihmisen sisäisen kokemuksen ymmärtämiselle. Joidenkin arvausten perusteella hän saattaa löytää rauhallisen sisustuksen. Toisissa raivoava palomuuri. Riippumatta siitä, kuinka hienostunut kvanttiteoria on ulkopuolella, se ei koskaan voi sanoa varmasti, mitä hän löytäisi, jos hän hyppää mukaan.
"Se häiritsee minua hieman", Marolf sanoi. "Olisin luullut, että perustavanlaatuisen teorian pitäisi ennustaa kaikki - myös se, mitä koemme todellisuutena."
Tappio nousussa
Jotkut alkuperäisen ehdotuksen skeptikot ovat sittemmin ottaneet kantaa ideaan, mukaan lukien Isaac Kim, tietojenkäsittelytieteilijä Kalifornian yliopistosta Davisista ja John Preskill, kvanttifyysikko Kalifornian teknologiainstituutista ja yksi osallistujista. vuoden 2013 palomuurien välienselvittely.
"Kuulimme viiniköynnöksen kautta, että tämä työ oli tulossa", Kim sanoi. "Kuulosti siltä, että jotain pitäisi mennä pieleen."
Kim oli järkyttynyt jälkivalinnan käytöstä. Aiemmat jälkivalinnan sovellukset olivat sisältäneet aikakoneiden ja kohtuuttoman tehokkaiden kvanttitietokoneiden piirustuksia, joten sen ulkonäkö hyppäsi punaisena lippuna. Hän epäili, että alkuperäisestä koodista puuttuvat yksityiskohdat, kuten kuinka se toimii astronautilla, joka mittaa säteilyä ulkona ja sitten putoaa sisään, voisi yhdistää jälkivalinnan hämärtämään jopa ulkoisen näkökulman ja poistamaan sieltä tietoja.
Sitten joulukuussa Kim ja Preskill päivitti koodin ja havaitsi, että musta aukko jatkoi turvallisesti tiedon säteilemistä ulkoisessa kuvassa. He havaitsivat myös, että jälkivalinta ei toiminut porsaanreikänä mustalle aukolle järjettömän tehokkaiden laskelmien suorittamiseen tai astronauttien laukaisemiseen takaisin tulevaisuuteen.
"Tässä mallissa sitä ei tapahdu, vaikka sallit jälkivalinnan", hän sanoi. "Se sai minut vakuuttuneeksi siitä, että jotain on oikein meneillään."
DeWolfe ja hänen yhteistyökumppaninsa Kenneth Higginbotham yleisti edelleen häviöllistä koodia huhtikuussa. He päättelivät myös, että se voi kestää putoavia astronautit.
Muut tutkijat ovat käyttäneet viime kuukausina tarkistaneet, piilottavatko heidän suosikkiteoriansa painovoimasta häviöllisyyttä. Lokakuussa Arjun Kar British Columbian yliopistosta siirretty Harlow ja kollegoiden häviöllinen koodi tunnettuun 2D-painovoimateoriaan ja havaitsi sen pitävän paikkansa. "He näyttävät todella osuvan johonkin mielenkiintoiseen kvanttivirheen korjaukseen", hän sanoi.
Tällä polulla jatkaminen - häviön etsiminen useammista painovoimateorioista - on tärkein tapa fyysikot toivovat rakentavansa tai tuhoavansa luottamusta siihen, että todellinen painovoima todella toimii tällä tavalla. Harva haaveilee koodin tutkimisesta kokeella.
"Ei ole selvää, kuinka voisimme koskaan testata tätä kertomusta", Aaronson sanoi, "lukuun ottamatta sitä, että yritämme edelleen rakentaa kvanttipainoteorian sen päälle ja nähdä, onko teoria onnistunut."
Harlow on kuitenkin unelmoija. "En usko, että se on mahdotonta. Se on vain vaikeaa", hän sanoi ja esitteli seuraavan ajatuskokeen.
Laitat pienen mustan aukon laatikkoon ja tallennat jokaisen siitä tulevan Hawking-säteilyn fotonin ja tallennat kaiken tiedon kvanttitietokoneeseen. Koska nämä tiedot näyttävät olevan mustan aukon sisällä sisähiukkasen näkökulmasta, säteilyn manipulointi voi välittömästi vaikuttaa hiukkaseen - todellinen toiminta kaukaa, joka on tarpeeksi pelottava kummittelemaan kaikkia fyysikkoja. "Minun ei pitäisi tehdä mitään säteilylle, joka muuttaa mitään sisätiloissa", Harlow sanoi. "Se on häiriö, joka tuli, koska ylitit monimutkaisuuden rajan."
Mutta jopa fantasioidakseen tällaisesta kokeesta Harlowin on vaihdettava ikuiseen universumiin antaakseen itselleen tarpeeksi aikaa, sillä toiminta laajentuvassa kosmoksessamme sammuisi biljoonia kertoja ennen kuin voisi toivoa manipuloivan pienimmänkin maailmankaikkeuden säteilyä. mustat aukot. (Lisäksi Susskind ja muut, jotka työskentelevät a liittyvä kulma mustan aukon palapelistä ovat viime aikoina löytäneet päällekkäisiä ideoita, jotka liittyvät monimutkaisuuteen ja käsittämättömän pitkiin ajanjaksoihin.)
Siitä huolimatta Harlowia eivät pelota pienet yksityiskohdat, kuten maailmankaikkeuden lämpökuolema. Jos mahdottomat ajatuskokeet, joissa junat kulkevat lähes valon nopeudella, olivat tarpeeksi hyviä Einsteinille, hän uskoo, että ne ovat tarpeeksi hyviä hänelle.
"Meillä ei vieläkään ole junia, mutta [suhteellisuusteorialla] on seurauksia moniin muihin testaamiimme asioihin", hän sanoi.
Harlow on viimeisin pitkästä mustien aukkojen fyysikkojen joukosta, jolla on suhde fyysisiin todisteisiin, joita satunnaiset tarkkailijat saattavat pitää yllättävinä. Loppujen lopuksi kukaan ei ole koskaan nähnyt yhtäkään Hawking-säteilyn fotonia, eikä kukaan koskaan näe. Se on aivan liian heikko, vaikka pysäköit James Webbin avaruusteleskoopin kiertoradalle oikean mustan aukon ympärille.
Mutta se ei ole estänyt useita fyysikkojen sukupolvia Stephen Hawkingista ja Leonard Susskindista Netta Engelhardtiin, Chris Akersiin ja kymmeniin muihin, keskustelemasta innokkaasti siitä, kuinka käsitellä mustasta aukosta teoreettisen kylvyn mukana purkautuvaa konfliktipakettia. fotoneista.
Vaikka he rakentavat ja vahvistavat tapauksiaan, he myöntävät, että ainoa ratkaiseva tapa nähdä, edustavatko mustat aukot lopullista kosmista vankilaa vai tulista kuolemantuomiota, on aloittaa alkuperäinen käsittämätön ajatuskokeilu.
"Jos on kaksi ihmistä, jotka eivät välitä mistään muusta kuin erimielisyyksiensä ratkaisemisesta, he voivat vain hypätä mukaan", Penington sanoi. "Joko he molemmat höyrystyvät välittömästi eivätkä koskaan ratkaise sitä, tai he pääsevät sisälle ja toinen heistä sanoo: "Voi, aivan oikein, olin väärässä.""
Toimittajan huomautus: Useat tässä artikkelissa mainitut tiedemiehet, mukaan lukien Daniel Harlow ja Chris Akers, ovat saaneet rahoitusta Simons Foundationilta, joka rahoittaa myös tätä toimituksellisesti riippumatonta lehteä. Simons Foundationin rahoituspäätökset eivät vaikuta kattavuuteemme. Tarkemmat tiedot ovat täältä.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.quantamagazine.org/new-calculations-show-how-to-escape-hawkings-black-hole-paradox-20230802/
- :on
- :On
- :ei
- :missä
- ][s
- $ YLÖS
- 000
- 1
- 10
- 2012
- 2013
- 2014
- 2015
- 2016
- 2017
- 2019
- 2020
- 2D
- 8
- a
- pystyy
- Meistä
- siitä
- Tietoja Quantum
- yhtäkkiä
- TIIVISTELMÄ
- tutkijoita
- Tili
- Tilit
- tarkasti
- Saavuttaa
- tunnustaa
- poikki
- Toimia
- Toiminta
- toiminta
- todella
- Lisäksi
- Lisäksi
- käsitellään
- vierekkäinen
- hyväksyä
- vaikuttaa
- Jälkeen
- vastaan
- ikä
- sitten
- algoritmi
- Kaikki
- sallia
- mahdollistaa
- yksin
- pitkin
- jo
- Myös
- vaihtoehto
- aina
- hämmästyttävä
- keskuudessa
- Kuvaputki
- an
- analyysi
- analyysit
- analysointi
- ja
- Toinen
- vastaus
- vastauksia
- Kaikki
- joku
- mitään
- erilleen
- näennäinen
- näyttää
- näyttää
- sovellukset
- käyttää
- lähestymistapa
- huhtikuu
- Kaari
- OVAT
- kiistellä
- väitti
- perustelu
- perustelut
- noin
- järjestely
- artikkeli
- AS
- näkökohdat
- toive
- olettaa
- oletettu
- astronautti
- At
- läsnäolo
- osallistuja
- Elokuu
- Austin
- pois
- Vauva
- takaisin
- Huono
- Kielto
- Pankki
- baari
- este
- BE
- koska
- tulevat
- ollut
- ennen
- alkoi
- alkaa
- Alku
- takana
- ovat
- uskomukset
- Uskoa
- uskoi
- uskoo
- Berkeley
- Veto
- vedot
- Paremmin
- välillä
- Jälkeen
- Iso
- miljardeja
- Bitti
- Musta
- Musta aukko
- mustat aukot
- sekoittaminen
- elin
- kengät
- reunus
- sekä
- raja
- Laatikko
- neronleimaus
- Tauko
- Erittely
- Breaking
- Brittiläinen
- British Columbia
- Broke
- välittäjä
- toi
- Vika
- rakentaa
- Rakentaminen
- rakennettu
- Nippu
- Niputtaa
- poltettu
- polttava
- mutta
- by
- laskettaessa
- laskelmat
- Kalifornia
- nimeltään
- Cambridge
- tuli
- CAN
- kanadalainen
- kanootti
- Koko
- kaapata
- kaappaa
- Kaappaaminen
- joka
- kuljettaa
- kuljettaa
- tapaus
- tapauksissa
- rento
- paini
- varovainen
- juhlittu
- keskus
- keskuksissa
- keskeinen
- tietty
- mestari
- Muutokset
- Kaaos
- tarkastaa
- tarkkailun
- chris
- Joulu
- Yhteentörmäys
- klassinen
- selkeä
- pilvi
- koodi
- koodit
- Kolikko
- Kolikot
- yhteistyötä
- yhteistyö
- Romahdus
- romahti
- kollega
- työtovereiden
- kokoelma
- Colorado
- COLUMBIA
- yhdistelmä
- yhdistää
- yhdistetty
- Tulla
- Komedia
- tulee
- tuleva
- yleisesti
- yhteisö
- seuralainen
- yritys
- Yrityksen
- yhteensopiva
- täydentävä
- täysin
- monimutkainen
- monimutkaisuus
- monimutkainen
- laskeminen
- laskelmat
- tietokone
- tietokoneet
- käsite
- Koskea
- päätökseen
- johtopäätös
- Konferenssi
- luottamus
- luottavainen
- Konfigurointi
- konflikti
- ristiriitaiset
- hämmentävä
- monialayritys
- Yhdistää
- Seuraukset
- konservatiivinen
- Harkita
- harkittu
- johdonmukainen
- sisälsi
- tausta
- jatkui
- jatkuvasti
- päinvastainen
- avustaja
- kiista
- Keskustelu
- Muuntaminen
- muuntaminen
- vakuuttaa
- vakuuttunut
- Ydin
- Cornell
- korjata
- Maailmankaikkeus
- voisi
- Vastine
- laskenta
- kattavuus
- Covid-19
- hullu
- luoda
- Luominen
- kriisi
- Crossed
- ratkaiseva
- huipentui
- utelias
- Nykyinen
- Tällä hetkellä
- kirous
- Daniel
- tiedot
- Davis
- päivä
- Kuolema
- keskustelu
- keskustelemme
- vuosikymmen
- vuosikymmeninä
- joulukuu
- päätti
- Tulkita
- päätökset
- Dekoodaus
- Aste
- Riippuen
- on kuvattu
- kuvaus
- haluttu
- epätoivoissaan
- Huolimatta
- tuhota
- yksityiskohtainen
- Detailing
- yksityiskohdat
- kehittää
- kehitetty
- Kehitys
- laite
- DID
- eri
- digitaalinen
- numeroa
- suoraan
- kadota
- katoamassa
- löytää
- löysi
- pohtia
- etäisyys
- do
- ei
- ei
- tekee
- donald
- Dont
- alas
- kymmeniä
- Draama
- unelma
- ajaa
- kukin
- Varhainen
- ansainnut
- maa
- helppo
- reuna
- tehokkaasti
- vaikutukset
- vaivaa
- Einstein
- myöskään
- elektronit
- muu
- Lähde
- ilmentää
- salaus
- loppu
- tarpeeksi
- kietoutuminen
- syöttää
- täysin
- ympäristö
- virhe
- virheet
- paeta
- ydin
- olennainen
- olennaisesti
- vakiintunut
- Jopa
- tapahtuma
- Tapahtumat
- lopulta
- EVER
- Joka
- jokainen
- kaikki
- näyttö
- täsmälleen
- jännittävä
- ulkopuolelle
- olla
- Eksoottinen
- laajenee
- laaja
- odottaa
- odotettu
- experience
- kokeilu
- kokeiluja
- asiantuntija
- Selittää
- selittää
- räjähdysmäinen
- eksponentiaalisesti
- laajentaminen
- ulkoinen
- erittäin
- silmä
- Kasvot
- kohtasi
- kasvot
- tosiasia
- FAIL
- Epäonnistui
- epäonnistuu
- oikeudenmukainen
- Pudota
- Fallen
- Falling
- Falls
- koi
- tuttu
- paljon
- Muoti
- kohtalo
- viallinen
- Suosikki
- Ominaisuus
- varustellun
- Ominaisuudet
- tuntea
- kaveri
- harvat
- Fields
- filee
- täynnä
- lopullinen
- Vihdoin
- Löytää
- löydöt
- loppu
- palomuuri
- palomuurit
- Etunimi
- sovittaa
- lippulaiva
- virheellinen
- lento
- Kääntää
- kelluva
- vaihtelut
- Keskittää
- keskityttiin
- jälkeen
- varten
- Joukot
- muoto
- muodostivat
- kaava
- Eteenpäin
- löytyi
- perusta
- Perustukset
- neljä
- jae
- Puitteet
- ystävä
- ystäviä
- alkaen
- Raja
- turhautumista
- koko
- täysin
- hauska
- perus-
- rahoitus
- varat
- edelleen
- tulevaisuutta
- Galaxy
- kerätä
- kokosi
- kujanjuoksu
- general
- yleensä
- sukupolvet
- saada
- Antaa
- tietty
- antaa
- Antaminen
- Go
- tavoite
- Goes
- menee
- Kultainen
- poissa
- hyvä
- valmistua
- myöntää
- painovoiman
- painovoima
- suurin
- Maa
- Ryhmä
- Kasvaa
- Kasvava
- kasvaa
- takeita
- HAD
- kourallinen
- kahva
- käsissä
- tapahtua
- Happening
- Kova
- kiintolevy
- kovemmin
- Olla
- he
- päät
- kuuli
- sydän
- sankari
- auttaa
- auttanut
- henri
- hänen
- tätä
- epäröivä
- kätketty
- Korkea
- Korostaa
- häntä
- hänen
- Osuma
- pitää
- pitää
- Reikä
- Holes
- Loma
- toivoa
- horisontti
- Miten
- Miten
- Kuitenkin
- HTTPS
- valtava
- ihmisen
- Ihmisen kokemus
- hirveä
- i
- ajatus
- ideoita
- identtinen
- if
- laiton
- Illinois
- kuva
- kuvitella
- heti
- tärkeä
- mahdoton
- vaikuttunut
- in
- sisältää
- mukana
- sisältää
- Mukaan lukien
- käsittämätön
- yhä useammin
- todellakin
- itsenäinen
- osoittaa
- ilmaisee
- osoitus
- henkilökohtainen
- väistämätön
- Ääretön
- vaikutus
- Vaikutusvaltainen
- tiedot
- ensimmäinen
- sisällä
- innoittamana
- esimerkki
- välitön
- välittömästi
- heti
- Instituutti
- tarkoitettu
- mielenkiintoinen
- etu
- sisusta
- sisäinen
- tulee
- osallistuva
- johon
- Iowa
- kysymys
- IT
- SEN
- itse
- Jaakob
- James Webb avaruusteleskooppi
- Johannes
- yhdistää
- liittyi
- heinäkuu
- hypätä
- hyppäsi
- vain
- KAR
- Pitää
- Kenneth
- säilytetään
- avain
- Tappaa
- Kim
- Tietää
- tunnettu
- Kieli
- suuri
- suureksi osaksi
- Sukunimi
- Viime vuonna
- Myöhään
- myöhemmin
- uusin
- käynnistää
- Lait
- asettaa
- johtaa
- Liidit
- OPPIA
- vähiten
- Led
- vasemmalle
- leonard
- vähemmän
- antaa
- Lets
- valehdella
- piilee
- elämä
- elinikäinen
- valo
- kevyesti
- pitää
- rajoitus
- rajat
- linja
- liittyvät
- yhdistää
- vähän
- Lives
- elävät
- sijainti
- log
- logiikka
- Pitkät
- pitkä aika
- kauemmin
- Katsoin
- näköinen
- porsaanreikä
- menettää
- Menettää
- pois
- menetetty
- Erä
- valaisimet
- kone
- Koneet
- tehty
- aikakauslehti
- tärkein
- merkittävä
- Enemmistö
- tehdä
- TEE
- Tekeminen
- käsittelylaite
- tapa
- monet
- Massa
- Massachusetts
- Massachusettsin Teknologian Instituutti
- matemaattinen
- matematiikka
- asia
- kypsyy
- Saattaa..
- me
- tarkoittaa
- merkitys
- välineet
- mittaus
- toimenpiteet
- mittaus
- mekaaninen
- mekaniikka
- kokous
- viesti
- tapasi
- Meksiko
- Keskimmäinen
- ehkä
- tuhatvuotinen
- mielessä
- vähäinen
- hukata
- puuttuva
- Tehtävä
- virhe
- MIT
- MIT valmistui
- malli
- Moderni
- hetki
- kk
- lisää
- eniten
- enimmäkseen
- äiti
- siirretty
- paljon
- moninkertainen
- täytyy
- my
- nimetty
- nimittäin
- kertomuksia
- syntyperäinen
- Luonnollinen
- luonto
- Lähellä
- lähes
- välttämätön
- Tarve
- tarvitaan
- ei ikinä
- silti
- Uusi
- uusi ratkaisu
- seuraava
- Nro
- normaali
- ei mitään
- Käsite
- nyt
- numero
- numerot
- objekti
- tarkkailla
- Ilmeinen
- lokakuu
- of
- pois
- Office
- Ohio
- Vanha
- on
- kerran
- ONE
- vain
- Ontario
- päälle
- käyttää
- toiminta
- vastakkainen
- Vaihtoehto
- or
- Kiertorata
- Järjestetty
- alkuperäinen
- Muut
- Muuta
- muuten
- meidän
- ulos
- Tulos
- suoranainen
- ulkopuolella
- yli
- oma
- Oxford
- pari
- paria
- pandeeminen
- Paperi
- paperit
- Paradoksi
- osallistujat
- erityinen
- kumppani
- kumppani
- Ohimenevä
- Ohi
- polku
- Kärsivällisyys
- erikoinen
- Ihmiset
- Suorittaa
- ehkä
- aikoja
- näkökulma
- näkökulmia
- Pietari
- valokuvia
- Fotonit
- fyysinen
- Fysiikka
- kuva
- kappale
- kappaletta
- possu
- Paikka
- paikat
- suunnitelma
- kone
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- Pelaa
- pelaajat
- soittaa
- paljon
- Kohta
- Näkökulma
- pistettä
- mahdollisuuksia
- mahdollisesti
- voimakas
- ennustaa
- ennusti
- ennustaa
- Suositut
- esittää
- aika
- estää
- edellinen
- aiemmin
- Pääasiallinen
- periaate
- vankila
- Ongelma
- ongelmia
- menettelyt
- prosessi
- Ohjelma
- Edistyminen
- Kielto
- ehdotus
- ehdottaa
- ehdottaa
- mahdollinen
- osoittautui
- mikäli
- Julkaiseminen
- tarkoitus
- Työnnä
- laittaa
- palapeli
- Kvantamagatsiini
- määrä
- Kvantti
- Kvanttitietokone
- kvantitietokoneet
- kvanttivirheen korjaus
- kvantitiedot
- Kvanttimekaniikka
- kubittien
- kysymys
- kysymykset
- raivoava
- RAIN
- herättää
- satunnainen
- satunnaisuuden
- pikemminkin
- raaka
- saavutettu
- Lukeminen
- todellinen
- Todellisuus
- ymmärtää
- tajusi
- ihan oikeesti
- reason
- syistä
- sai
- äskettäin
- resepti
- tunnustaminen
- ennätys
- asiakirjat
- punainen
- puhdistettu
- alue
- liittyvä
- yhteys
- suhteellisuus
- jäljellä oleva
- jäännökset
- muistuttaa
- kuuluisa
- vastaus
- raportti
- edustaa
- edustaa
- edellyttää
- Vaatii
- tutkimus
- tutkija
- Tutkijat
- päätöslauselma
- ratkaistu
- ratkaiseminen
- johtua
- tulokset
- palata
- paljastaa
- Vallankumous
- kamppeet
- oikein
- jäykkä
- Ripple
- Nousee
- nouseva
- juuri
- karkeasti
- RIVI
- säännöt
- ajaa
- juoksu
- Maaseudun
- s
- uhrata
- turvallisesti
- Said
- sama
- joulupukki
- Säästä
- sanoa
- sanoo
- hajallaan
- kohtaukset
- järjestelmä
- järjestelmiä
- Tiedemies
- tutkijat
- Näytön
- haku
- Toinen
- salaisuus
- nähdä
- koska
- näyttää
- näytti
- näennäisesti
- näyttää
- nähneet
- lähettää
- vanhempi
- tunne
- tuomita
- erillinen
- Sarjat
- palvella
- Istunto
- ratkaistu
- Jaa:
- osakkeet
- hän
- Lyhyt
- shouldnt
- näyttää
- Välienselvittely
- Sides
- Signs
- samankaltainen
- samalla lailla
- Yksinkertainen
- yksinkertaisempi
- yksinkertaisesti
- samanaikaisesti
- koska
- single
- tilanne
- Koko
- skeptisyys
- epäilijät
- Savu
- Kuva
- So
- aurinko-
- Aurinkokunta
- ratkaisu
- Ratkaisumme
- jonkin verran
- Joku
- jotain
- jonnekin
- hienostunut
- SOS
- pyrittiin
- kuulosti
- Tila
- Tila ja aika
- puhuminen
- nopeus
- nopeudet
- käytetty
- splits
- Kaupallinen
- levitä
- neliöinti
- vaiheissa
- standardi
- Stanford
- Stanfordin yliopisto
- Tähti
- Tähteä
- Alkaa
- alkoi
- alkaa
- Osavaltio
- Valtiot
- pysyä
- Vaihe
- Stephen
- Askeleet
- Yhä
- stop
- pysähtynyt
- tallentamiseksi
- Tarina
- jono
- pyrkii
- rakenne
- opiskelija
- tutkittu
- opinnot
- tutkimus
- Opiskelu
- tyyli
- onnistunut
- Onnistuneesti
- niin
- ehdottaa
- Ehdottaa
- sopiva
- päällekkäisyys
- varma
- pinta
- yllättynyt
- yllättävä
- ympäröivä
- hengissä
- Vaihtaa
- järjestelmä
- puuttumalla
- ottaa
- otettava
- vie
- ottaen
- Tehtävä
- joukkue-
- tiimit
- Elektroniikka
- teleskooppi
- kertoa
- kertoo
- ehdot
- testi
- testattu
- texas
- oppikirja
- kuin
- että
- -
- Tulevaisuus
- tiedot
- maailma
- heidän
- Niitä
- itse
- sitten
- teoreettinen
- teoria
- Siellä.
- Nämä
- tutkielma
- ne
- asiat
- ajatella
- Ajattelu
- kolmas
- tätä
- perin pohjin
- ne
- vaikka?
- ajatus
- kolmella
- Kautta
- kauttaaltaan
- Throwing
- Näin
- aika
- kertaa
- että
- yhdessä
- liian
- otti
- ylin
- revitty
- jäljitys
- raita
- Seuranta
- junat
- muunnokset
- lähettää
- ansastusta
- Matkustaminen
- kokeillut
- biljoonia
- trio
- matka
- ongelmia
- totta
- todella
- luotettava
- yrittää
- Sorvatut
- Kääntyminen
- kääntyy
- twist
- kaksi
- tyyppi
- lopullinen
- paljastaa
- varten
- ymmärtää
- ymmärtäminen
- ymmärsi
- unique
- yksikkö
- CasinoUniverse
- yliopisto
- University of California
- Cambridgen yliopisto
- tuntematon
- toisin kuin
- Epätodellinen
- asti
- mittaamaton
- paljastettiin
- päälle
- käyttää
- käytetty
- käyttämällä
- yleensä
- eri
- valtava
- partaalla
- versio
- hyvin
- Näytä
- näkymät
- rikotaan
- visio
- vieraili
- tilavuus
- volyymit
- Äänestää
- Seinä
- haluta
- halusi
- haluaa
- oli
- Katso
- Tapa..
- tavalla
- we
- WebP
- HYVIN
- tunnettu
- olivat
- Mitä
- kun
- onko
- joka
- vaikka
- KUKA
- koko
- jonka
- miksi
- tulee
- halukkuus
- Talvi
- with
- sisällä
- ilman
- Todistaja
- sana
- Referenssit
- työskennellä yhdessä
- työskenteli
- työskentely
- käydä salilla
- toimii
- työpaja
- Työpajat
- maailman-
- maailman
- huonompi
- olisi
- kirjoittaa
- kirjallinen
- Väärä
- kirjoitti
- xi
- vuosi
- vuotta
- Voit
- nuori
- zephyrnet
- zoomaus