Gravitationally Induced Entanglement Across an Event Horizon
Diese Arbeit demonstriert, dass während gravitative retardierte Potentiale die Erzeugung von Verschränkung über einen Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ermöglichen, die radiale Extraktion dieses Zustands durch weiche Gravitonen-Bremsstrahlung Dekohärenz induziert, wohingegen das tangentiale Harvesting mittels Quantenlöschung eine geometrische Dualität offenbart, bei der die Raumzeit radiale Verschränkung irreversibel degradiert, aber transversale Teleportation in die Unendlichkeit erlaubt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Seit Jahrzehnten operieren Physiker unter einer strengen Regel in Bezug auf Schwarze Löcher: Sobald etwas die unsichtbare Grenze überschreitet, die als Ereignishorizont bekannt ist, ist es für den Rest des Universums für immer abgeschnitten. Diese Grenze fungt als Einwegtür; nichts, nicht einmal Licht, kann zurück nach draußen gelangen. Aus diesem Grund nahmen Wissenschaftler an, dass wenn zwei Teilchen durch diese Grenze getrennt würden – eines im Inneren und eines außerhalb –, sie niemals auf die seltsame, quantenmechanische Weise, die als Verschränkung bekannt ist, miteinander verbunden werden könnten. Verschränkung ist eine Verbindung, bei der der Zustand eines Teilchens augenblicklich das andere beeinflusst, ungeachtet der Entfernung, aber sie erfordert normalerweise, dass die beiden direkt miteinander interagieren. Da der Ereignishorizont jede neue Interaktion zwischen dem Inneren und dem Äußeren verhindert, war die vorherrschende Lehrmeinung, dass die Erzeugung dieser Verbindung über die Kluft hinweg unmöglich sei.
Eine neue theoretische Studie legt jedoch nahe, dass diese lang gehegte Annahme falsch sein könnte. Die Forschung schlägt einen Weg vor, diese Quantenverbindung zwischen zwei Objekten zu erzeugen – eines, das in ein Schwarzes Loch fällt, und eines, das draußen bleibt –, indem ausschließlich die Schwerkraft genutzt wird. Die Studie behauptet nicht, dass wir Informationen aus einem Schwarzen Loch zurücksenden können, was die Gesetze der Physik verletzen würde. Stattdessen zeigt sie auf, dass die Anziehungskraft der Gravitation zwischen den beiden Objekten, die über die Zeit wirkt, eine Quantenverbindung zwischen ihnen weben kann, selbst nachdem eines den Punkt des keinen Rückkehrs überschritten hat. Die Ergebnisse stützen sich auf die Vorstellung, dass die Gravitation mit einer endlichen Geschwindigkeit reist, was bedeutet, dass das Objekt außerhalb immer noch die gravitative Anziehung der Vergangenheit des Objekts spürt, bevor es den Horizont überquerte.
Die Forscher der Universität York entwarfen ein Gedankenexperiment mit zwei schweren, mikroskopischen Sonden. Eine Sonde fällt auf ein supermassereiches Schwarzes Loch zu, während die andere neben ihr fällt, jedoch unmittelbar außerhalb des Ereignishorizonts bleibt. Beide Sonden werden in einem speziellen Zustand vorbereitet, in dem sie an zwei Orten gleichzeitig existieren, ein Zustand, der als räumliche Superposition bekannt ist. Während sie fallen, interagiert das Gravitationsfeld der Sonde innerhalb des Horizonts mit der Sonde außerhalb. Da die Gravitation Zeit benötigt, um zu reisen, spürt die äußere Sonde die gravitative Beeinflussung der Geschichte der inneren Sonde. Diese Interaktion wirkt wie ein Tor, das eine spezifische Quantenverbindung schafft. Die Studie berechnet, dass dies für ein Schwarzes Loch, so massiv wie das in dem Film Interstellar, innerhalb eines winzigen Zeitfensters von etwa 0,38 Pikosekunden in einer Entfernung von etwa 114 Mikrometern vom Horizont geschehen könnte.
Obwohl die Theorie zeigt, dass die Verbindung hergestellt werden kann, offenbart die Arbeit auch einen schwerwiegenden Haken. Um diese Verbindung nutzen zu können, muss die äußere Sonde vom Schwarzen Loch weggezogen werden, um gemessen werden zu können. Der Akt des Anhaltens und Zurückziehens dieses schweren Objekts löst eine heftige Reaktion in der Struktur des Raumes selbst aus. Während das Objekt abbremst, emittiert es einen Stoß von Gravitationswellen, ähnlich wie ein Auto, das hart bremst und dabei Staub aufwirbelt. Diese Emission stört die empfindliche Quantenverbindung und zerstört den Großteil der Information, die sie trug. Die Forscher fanden heraus, dass bei der stärkstmöglichen Verbindung die Fehlerrate bei der Informationsabfrage fast 45 Prozent betragen würde, was die Verbindung für praktische Zwecke nahezu unbrauchbar macht. Das Universum erlaubt es in diesem Szenario, die Verbindung zu bilden, zerstört sie aber sofort wieder, sobald man versucht, sie wegzuziehen.
Es gibt jedoch einen klugen Umweg, der diese Zerstörung vermeidet, aber er erfordert eine Änderung der Natur der beteiligten Objekte. Anstatt feste Materie zu verwenden, die unter den Kräften, die nötig wären, um sie so schnell anzuhalten, zerbrechen würde, schlagen die Forscher vor, intensive Lichtstrahlen in elektromagnetischen Feldern zu verwenden. Durch die Verwendung von Licht kann das Team das Experiment so arrangieren, dass sich die Kräfte perfekt aufheben. In diesem Aufbau bewegen sich die Lichtstrahlen so, dass eine perfekte Spiegelsymmetrie entsteht, die die Emission der destruktiven Gravitationswellen verhindert. Dies ermöglicht es, die Quantenverbindung zu bewahren und auf ein Photon zu übertragen, das an einen fernen Beobachter gesendet werden kann.
Das Ergebnis ist eine markante Dualität in der Art und Weise, wie Raum und Zeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs agieren. Wenn man versucht, das verschränkte Objekt direkt herauszuziehen, degradiert das Universum die Verbindung durch unvermeidbares Rauschen. Wenn man jedoch eine spezifische geometrische Anordnung mit Licht verwendet, kann man den verschränkten Zustand zum Unendlichen teleportieren, ohne jem als die Einwegregel des Horizonts zu brechen. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der Ereignishorizont zwar eine Barriere für das Zurücksenden von Materie oder Information bleibt, aber die Erzeugung von Quantenverbindungen über ihn hinaus nicht strikt verbietet. Das Universum erlaubt die Entstehung der Verbindung, verlangt aber einen hohen Preis für den Versuch, sie zu ernten, es sei denn, man nutzt die präzise Symmetrie des Lichts, um der Degradation zu entgehen. Diese Arbeit stellt die tief verwurzelte Überzeugung in Frage, dass der Ereignishorizont eine absolute Wand gegen alle Formen der Quanteninteraktion darstellt, und deutet stattdessen darauf hin, dass die Gravitation die Kluft überbrücken kann, auch wenn die Brücke fragil und schwer zu überqueren ist.
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