2016年8月17日
新しい「アインシュタインの方程式」は、ワームホールが量子重力の鍵を握っていると示唆しています
https://www.sciencenews.org/blog/context/new-einstein-equation-wormholes-quantum-gravity
ER=EPRは、量子力学における相互作用と時空理解に新しい手がかりを提供することをまとめた式です。
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アインシュタインの一般相対性理論によって予測されている時空の織物を貫くトンネルであるワームホール。一部の物理学者は、ワームホールが宇宙のブラックホールを結びつける可能性があると考えており、量子のもつ謎と一般相対性理論と量子力学を統合するヒントを提供する可能性があります。
トム・ジークフリード著
最近物理学界で浮上している新しい方程式があり、アインシュタインも認めるだろうと言われています。
覚えるのはかなり簡単です：ER = EPR。
この式を成立させるには、Pが1に等しくなければならないと思われるかもしれません。しかし、この式の記号は数字ではなく名前を表しています。 Eはおそらくアインシュタインを表していると思われます。 RとPは、アインシュタインの最も興味深い論文の共同研究者のイニシャルです。この式で結合されることにより、これらの文字はアインシュタインの一般相対性理論と量子力学を調和させる可能性が表現されます。
量子力学と一般相対性理論はどちらも驚異的に成功した理論です。両方とも、従来の現実観念を覆す奇妙な現象を予測します。しかし、実際に試してみると、自然は常に各理論の要件に従います。両方の理論が自然を非常によく説明するため、なぜ数学的に統合する試みがすべて失敗しているのか説明するのは難しいです。しかし、どうやら最終的には互いに適合するはずだと誰もが信じています。しかし、今のところ、自然はそれらの接続の形を秘密にしています。
ER=EPRという方程式は、重力と量子力学の統一の鍵が「ワームホール」と呼ばれる時空トンネルにあるかもしれないことを示唆しています。アインシュタインの一般相対性理論によって暗示されるこれらのトンネルは、物理的に離れた場所を短絡的につなぐようなものです。こうしたトンネルは、量子もつれとして知られる、超微粒子間の謎めいたリンクの対極のように見えます。
過去90年ほど、物理学者たちは量子力学の二つの主要な問題、すなわち量子力学の数学的解釈を理解し、奇妙さ（もつれなど）を解明する方法と、重力と結びつける方法を追求してきました。ER=EPRが正しいとすれば、両方の問題には同じ答えがあることがわかります。量子力学の奇妙さは、重力との関連性を理解することでしか理解できないかもしれません。そして、ワームホールがそのリンクを形成するかもしれません。
ワームホールは技術的にはアインシュタイン・ローゼン・ブリッジとして知られています（方程式の「ER」部分）。ネイサン・ローゼンは、1935年にアインシュタインと共同でそれらを記述した論文に協力しました。EPRは、ボリス・ポドルスキーと共に1935年にアインシュタインが発表した別の論文を指します。この論文では、量子もつれが持つ、現実の本質に関する逆説的なパズルを明らかにしています。数十年にわたり、誰もこの2つの論文が何らかの関連性を持つ可能性があると真剣に考えていませんでした。しかし、2013年に、物理学者のフアン・マルダセナとレナード・サスキンドは、ある意味では、ワームホールと量子のもつもつれは同じものを記述していると提案しました。
最近の論文で、サスキンドはこの実現に関するいくつかの示唆を明らかにしました。その中には、ワームホールと量子もつれの等式を理解することが、量子力学と一般相対性理論を統合する鍵となる可能性があること、統合の詳細がもつれの謎を説明すること、時空自体が量子もつれから現れる可能性があること、および量子力学の解釈に関する論争が解決される可能性があることが含まれます。
「ER=EPRによれば、宇宙を構成する複雑な量子系のネットワークは、同時に複雑な（そして技術的に複雑な）アインシュタイン・ローゼン・ブリッジのネットワークでもある」とサスキンドは書いています。「ER=EPRが真実であるなら、それは非常に重要な問題であり、量子力学の基盤と解釈に影響を与えると思われます。」
量子力学を理解する上で最大の障害の1つは、量子もつれ現象です。たとえば、2つの粒子が共通の源から放出されたときに起こります。このような粒子ペアの量子的な説明は、1つの粒子（例えば、スピン）の測定結果（例えば、反時計回り）が得られる確率を示します。しかし、ペアの1つのメンバーが測定された後、どんなに遠く離れていても、同じ測定を他方の粒子に行った場合の結果を瞬時に知ることができます。アインシュタインはこの現象に異を唱え、ある場所での測定が遠く離れた実験に影響を与えることはできないと主張しました（「遠隔での不気味な作用」の有名な非難を引用しています）。しかし、多くの実際の実験は、もつれの力がアインシュタインの好みに反することを確認しています。アインシュタインが主張したように、1つの粒子から他の粒子へ情報を瞬時に送信することはできませんが、もつれのパートナーに何が起こったかを知っているかのように振る舞います。
通常、物理学者たちは二つの粒子間の量子もつれを語ります。しかし、それは最も単純な例にすぎません。サスキンドは、量子場、つまり粒子が作られるものも量子もつれすることができることを指摘しています。「量子場理論の真空中では、空間的に分離された領域の量子場がもつれている」と彼は書いています。これは、真空中に存在する「仮想」粒子の（奇妙な）外見と関係があります。これらの粒子は、文字通りどこからともなく現れるペアであり、共通の起源が彼らを量子もつれさせることを保証します。彼らの短い寿命の間に、彼らは時に実在する粒子と衝突し、その後、実在する粒子自体がもつれます。
想像上最も能力のある量子実験者として一目置かれるアリスとボブが、宇宙空間でこれらの現実の相互作用する粒子を収集し始めたとしましょう。アリスは各ペアの一方を、ボブはもう一方を取ります。彼らは別々に遠く離れた宇宙の領域に飛んで、その後粒子を非常に密に圧縮してブラックホールにします。これらの粒子が最初に持っていた相互作用のため、アリスとボブは今や2つの相互作用するブラックホールを作り出しました。ER=EPRが正しい場合、ワームホールがこれらのブラックホールをリンクすることになります。したがって、相互作用はワームホールの幾何学を用いて記述できます。「これはまだ十分に評価されていない驚くべき主張です」とサスキンドは書いています。
驚くべきことに、サスキンドは、二つの細かな量子粒子が、ある種の量子ワームホールによってつながっている可能性があると提唱しています。ワームホールは時空の幾何学的な捻じれであり、アインシュタインの重力方程式で説明されます。量子力学と重力の間につながりを作り出すために、それらを量子もつれに関連付けることは驚くべきことです。
エバレットの観点では、可能性の雲（波動関数）の崩壊は起こりません。相互作用（すなわち測定）は単に相互作用する実体を絡み合わせるだけです。したがって、現実は「複雑な絡み合いのネットワーク」となります。原理的には、これらの絡み合いのイベントはすべて逆転できるため、何も実際に崩壊しない、または少なくとも崩壊が不可逆であると言うのは誤解を招くことになるでしょう。それでも、不可逆的な崩壊の標準的な見方は実際にはかなりうまく機能しています。現実で起こる複雑な相互作用を元に戻すことは実現不可能です。言い換えると、サスキンド氏は、ER=EPRは量子力学の現実の2つの見方が「補完的」であることを示唆しています。
サスキンドは、複数の参加者がいる場合の量子もつれの機能や、もつれがワームホールと同等であると考えることの意義について、技術的な詳細を探究しています。たとえば、ワームホールを使って光速よりも速く信号を宇宙に送信することはできないことは確かです。例えば、アリスとボブは、自分たちのブラックホールをつなぐワームホールを通じてお互いにメッセージを送ることはできません。しかし、もし本当に話をしたいのであれば、お互いのブラックホールに飛び込んで、ワームホールの中心で出会うことができます。そうした出会いは、ER=EPRの考えを強く裏付けることになりますが、アリスとボブはその論文を出版するのに苦労することになるでしょう。
その一方で、重力（時空の幾何学）と量子もつれに関するER=EPRを含む多くの論文が現れています。最近の1つの論文では、カリフォルニア工科大学の物理学者ChunJun Cao、Sean M. Carroll、Spyridon Michalakisは、真空の量子もつれの巨大なネットワークから時空が「構築」できるかを示そうとしています。「この論文では、もつれを使用した本質的に量子的な説明から、空間自体の存在と特性を導出するためのステップを踏みます」と彼らは述べています。彼らは、量子状態の変化（現実の純粋に量子的な説明）が時空幾何学の変化にリンクする方法を示しています。「この意味で、重力は自然な方法で量子力学から生じるようです」と彼らは述べています。
カオ、キャロル、ミハラキスは、彼らのアプローチが未完成であり、後で検証する必要がある仮定を含んでいることを認めています。「私たちがここでやったことは非常に初期段階であり、憶測が多く、まだ十分に厳密に計算されていないものが含まれています」とキャロルは最近のブログ投稿で書いています。
多くの物理学者たちの間では、量子力学と重力を統一するための道が明らかに開かれたという感覚があります。もしそれが正しい道であれば、Carrollは指摘していますが、量子力学から重力を得ることはまったく難しくないことが判明します。そして、サスキンドは、ワームホールを通じて量子重力への道が示されたことにより、2つの理論の統一が科学者たちが想像していたよりも深く関係していることが示唆されていると考えています。ER = EPRの含意は、「量子力学と重力が私たち（少なくとも私自身）が今まで想像していたよりもずっと密接に関連している」と彼は言います。
