At udforske fjerne dele af universet ville være en del nemmere, hvis vi kunne skyde genvej gennem rumtiden via et ormehul. Dette har for nu været forbeholdt fiktionens verden og fysikernes teoribøger.
Men et hold fysikere fra Harvard University og California Institute of Technology i USA har dog formået at skabe et kunstigt ormehul i en kvantesimulering.
Selvom de ikke har skabt et fysisk ormehul, så er det første gang, det er lykkedes at skabe en simulering af et "holografisk" ormehul ved hjælp af en kvanteprocessor, og resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Nature.
Ormehuller – genveje i rumtiden
Helt præcist har fysikerne skabt et kvanteberegningseksperiment til at studere dynamikken i ormehuller.
I astrofysikken er ormehuller en bøjning af rumtiden, som kan skabe en bro mellem fjerntliggende områder.
Forestil dig et stykke papir med to blyantprikker, der repræsenterer afstanden mellem to sorte huller i rumtiden.
Fold så papiret så de to prikker står ud for hinanden, og stik en blyant gennem de to prikker. Rumtid bøjes, og blyanten har skabt en genvej.
Illustration af rumtiden der er bøjet og to sorte huller, der er blevet forbundet på tværs af rum og tid og derved danner en ”tunnel” – et ormehul.
Ormehuller kaldes også Einstein-Rosen-broer – opkaldt efter fysikerne Albert Einstein og Nathan Rosen – og de stemmer godt overens med teorierne for tyngdekraften i Einsteins generelle relativitetsteori.
Selvom vi endnu ikke har beviser for eksistensen af ormehuller, så peger nyere forskning på, at vi måske allerede har observeret dem i de sorte huller, vi kender til.
Nogle fysikere mener, vi kan skabe ormehuller med såkaldt negativ energi, som vi endnu ikke helt ved, hvad er, men som måske kan findes i kvantefysikken. På kvanteniveau arbejder fysikere med de mindste elementer i verden, hvor de naturlove, vi kender, ofte udfordres.
Et ormehul er dog en teoretisk tanke i den generelle relativitetsteori, der for nu er vores bedste forståelse af tyngdekraften - men samtidig også er begrænset. Den fungerer derfor ikke med de ting, vi ved om kvantemekanikken.
For at bygge bro mellem den generelle relativitetsteori og kvantefysikken har fysikere skabt en teori kaldet kvantetyngdekraft – en teori om, hvordan tyngdekraften fungerer på kvanteniveau, hvor de almindelige love for tid og rum kan drejes og bøjes.
Qubit skyder genvej
Og så er vi tilbage ved den nye simulering af et holografisk ormehul, som er skabt med Googles Sycamore-kvanteprocessor.
Fysikerne fandt ligheder mellem ormehuller og en proces kaldet kvante-teleportation, som de simulerede "holografisk" i kvantecomputeren.
Ordet holografisk betyder ikke, at fysikerne har skabt et hologram af et ormehul. Det betyder, at fysikerne benytter sig af en måde, hvor de kan gøre udfordringer i fysik, der indeholder både kvantemekanik og tyngdekraft, mere simple.
Ligesom et 2D-hologram kan skabe illusionen af et objekt i 3D, så mener fysikerne, at det i kvantetyngdekraften er muligt at forstå egenskaberne i for eksempel et ormehul, ved at undersøge dens virkninger i en mere simpel dimension. Derfor kalder forskerne også deres nye simulering et "baby"-ormehul.
For at teste denne kvantetyngdekraft i kvantecomputeren, teleporterede fysikerne såkaldte qubits – eller kvantebits, som svarer til bits i almindelige computere bare i form af atomer – gennem en processor, på samme måde, som hvis de rejste gennem "baby"-ormehullet.
De skabte to simuleringer af sorte huller i hver sin ende i et system, hvor de kunne teleportere information. Frem for at blive drevet gennem tyngdekraften så brugte det holografiske ormehul kvanteeffekter.
I kvantefysikken er det flere gange bevist, at partikler kan bevæge sig på måder i rum og tid, som strider med de fysiske love, vi normalt forstår verden igennem. Derfor virker det oplagt for fysikere, at det er i kvanteverdenen, vi kan finde mulighederne for at skabe ormehuller.
Ved hjælp af såkaldt kvantesammenfiltring kan partikler i et kort øjeblik dele fysiske tilstande og interagere, lige meget hvor lang afstanden er mellem dem.
Forskerne kodede kvantesystemet, så almindelige tyngdekraftforhold var til stede og derved mindede om almindelig rum-tid.
Simuleringen viste, at det i princippet kan lade sig gøre at få partikler til at rejse gennem tunneller i rumtiden.
Med andre ord simulerede forskerne, at en qubit kan opføre sig, som om den ”rejser” mellem to sorte huller via et ormehul.
Selvom der er lang vej til beviset på et fysisk ormehul, så gør simuleringen det muligt at undersøge kvantetyngdekraft på en ny måde, og det bringer os et lille skridt tættere på forstå ormehuller.