Non, les physiciens n’ont pas fait de vrai trou de ver. Ce qu’ils ont fait était toujours génial

Les trous de ver sont un trope de science-fiction classique dans les médias populaires, ne serait-ce que parce qu’ils fournissent un dispositif révélateur futuriste si pratique pour éviter le problème de la violation de la relativité avec un voyage plus rapide que la lumière. En fait, c’est purement théorique. Contrairement aux trous noirs – qui étaient également considérés comme purement théoriques – aucune preuve d’un véritable trou de ver n’a été trouvée, bien qu’il soit fascinant du point de vue de la physique théorique abstraite. Vous pourriez être pardonné de penser que l’état non découvert a changé si vous ne lisez que les gros titres de cette semaine annonçant que les physiciens utilisation Un ordinateur quantique pour créer un trou de ver, qui rend compte de A nouvelle feuille Publié dans Nature.

Mettons les pendules à l’heure : il ne s’agit pas d’un véritable trou de ver qui peut être traversé – disons, un pont entre deux régions de l’espace-temps reliant l’embouchure d’un trou noir à un autre, à travers lequel un objet physique peut passer – dans n’importe quel monde réel sens physique. « Il y a une différence entre quelque chose qui est possible en principe et qui est possible en pratique », a déclaré le co-auteur du Fermilab Joseph Leiken lors d’un briefing cette semaine. « Alors ne retenez pas votre souffle à propos d’envoyer votre chien à travers un trou de ver. » Mais elle est toujours très intelligente. belle expérience En soi, il fournit une preuve de principe passionnante pour les types d’expériences de physique à l’échelle quantique qui pourraient être possibles à mesure que les ordinateurs quantiques continuent de s’améliorer.

« Ce n’est pas la vraie chose; ce n’est même pas proche de la réalité; ce n’est même pas une simulation de quelque chose qui n’est pas proche de la réalité », a déclaré le physicien Matt Strassler. écrit sur son blog. Cette méthode pourrait-elle conduire à une véritable simulation de trou de ver un jour ? Peut-être dans un avenir lointain. Pourrait-elle conduire à un véritable trou de ver ? Jamais.

Alors quelle était cette chose qui était « établi » Dans un ordinateur quantique si ce n’est pas un vrai trou de ver ? analogique? modèle de jeu ? La co-auteure Maria Spiropolo de Caltech a noté qu’il s’agit d’un roman « Protocole de téléportation de trou de verPendant le briefing. Vous pourriez appeler cela une simulation, mais comme l’écrit Strassler, ce n’est pas tout à fait exact. Les physiciens ont simulé des trous de ver sur des ordinateurs classiques, mais aucun système physique n’est créé dans ces simulations. C’est pourquoi les auteurs préfèrent le terme « expérience quantique ». parce qu’ils ont pu l’utiliser Ordinateur quantique Google Sycamore pour créer un système quantique hautement intriqué et effectuer des mesures directes de propriétés clés spécifiques. Ces propriétés sont cohérentes avec les descriptions théoriques de la dynamique d’un trou de ver traversable – mais seulement dans un modèle théorique d’espace-temps particulièrement simplifié.

Assimiler décrit au New York Times comme « le plus petit trou de ver imaginable ». Même alors, peut-être qu’un « amas d’atomes avec des propriétés de type trou de ver » serait plus précis. Ce qui rend cette percée intrigante et potentiellement importante, c’est la façon dont l’expérience bénéficie de certains des travaux récents les plus influents et les plus passionnants en physique théorique. Mais pour comprendre exactement ce qui a été fait et pourquoi c’est important, nous devons faire un voyage quelque peu sinueux à travers de puissantes abstractions couvrant près d’un siècle.

Revisiter le principe de l’hologramme

Commençons par ce que l’on appelle communément le principe holographique. En tant que tel j’ai écris Auparavant, il y a près de 30 ans, les physiciens théoriciens ont introduit la théorie hallucinante postulant que notre univers tridimensionnel est En fait un hologramme. La Le principe de l’holographie Cela a commencé comme une solution proposée pour Le paradoxe de l’information du trou noir dans les années 1990. Les trous noirs, tels que décrits par la relativité générale, sont des choses simples. Tout ce dont vous avez besoin pour le décrire mathématiquement est sa masse et son spin, ainsi que sa charge électrique. Il n’y aurait donc aucun changement notable si vous jetiez quelque chose dans un trou noir – rien qui ne fournirait un indice sur ce qu’était cet objet. Cette information est manquante.

Mais des problèmes surviennent lorsque la gravité quantique entre en jeu car les règles de la mécanique quantique stipulent que l’information ne peut jamais être détruite. Et en mécanique quantique, les trous noirs sont des objets incroyablement complexes, et doivent donc contenir une grande quantité d’informations. Jacob Bekenstein s’est rendu compte en 1974 que les trous noirs avaient aussi de l’entropie. Stephen Hawking a essayé de lui prouver le contraire, mais a fini par avoir raison, concluant que les trous noirs devaient produire une sorte de rayonnement thermique.

Les trous noirs doivent donc également avoir une entropie, et Hawking a été le premier à calculer cette entropie. Il a également introduit l’idée du « rayonnement de Hawking »: un trou noir émettrait une infime quantité d’énergie, réduisant sa masse d’une quantité correspondante. Avec le temps, le trou noir s’évaporera. Plus le trou noir est petit, plus il disparaîtra rapidement. Mais qu’advient-il alors des informations qu’il contient ? Est-il vraiment détruit, violant ainsi la mécanique quantique, ou est-il en quelque sorte préservé dans le rayonnement de Hawking ?

Selon le principe de l’holographie, les informations sur l’intérieur d’un trou noir peuvent être encodées sur sa surface bidimensionnelle (« frontière ») plutôt que sur son volume tridimensionnel (« volume »). Leonard Susskind et Gerard Hooft ont étendu cette idée à l’univers entier, en l’assimilant à un hologramme : notre univers tridimensionnel émerge dans toute sa splendeur d’un « code source » bidimensionnel.

Juan Maldacena a alors découvert une dualité cruciale, techniquement connue sous le nom de Correspondance AdS/CFT— il sert de dictionnaire mathématique qui permet aux physiciens d’aller et venir entre les langages de deux mondes théoriques (la relativité générale et la mécanique quantique). Binaires en physique Fait référence à des modèles qui semblent différents mais dont on peut montrer qu’ils décrivent une physique équivalente. C’est un peu comme la glace, l’eau et la vapeur qui sont trois phases différentes de la même substance chimique, à l’exception du dualisme qui considère le même phénomène de deux manières différentes et inversement liées. Dans le cas d’AdS/CFT, la dualité se situe entre un modèle d’espace-temps connu sous le nom d’espace anti-de Sitter (AdS) – qui a une courbure négative constante, contrairement à notre univers de Sitter – et un système quantique appelé théorie des champs conformationnels (CFT) qui manque de gravité mais a Intrication quantique.

C’est l’idée de dualité qui explique la confusion d’un trou de ver. Comme indiqué ci-dessus, les auteurs de l’article de Nature n’ont pas créé de trou de ver physique – ils ont traité des particules quantiques intriquées dans un espace-temps plat ordinaire. Mais ce système est censé avoir une double description d’un trou de ver.