NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/zwarte-gaten-ruimtetijd-en-quantumverstrengeling-nr-121/

Geprint op :
17 december 2018
19:51:18

In het onderzoek naar de quantumstructuur van de ruimtetijd en zwarte gaten speelt quantumverstrengeling een centrale rol.  Verstrengeling betekent dat de quantumeigenschappen van twee delen van een quantumsysteem sterk aan elkaar zijn gerelateerd. Wetenschappers meten de mate van verstrengeling door de waarde van de verstrengelingsentropie te bepalen.

Wanneer de vacuümtoestand van de ruimtetijd wordt opgedeeld in twee delen, blijkt dat de verstrengelingsentropie van de ruimtetijd een universele waarde heeft. Deze waarde is gelijk aan een kwart van het oppervlak van de scheidingswand. Het bestaan van deze quantumverstrengeling is een belangrijke voorwaarde voor de continuïteit en regulariteit van de ruimtetijd.

Paradox
Dit nieuwe inzicht heeft geleid tot een verhitte discussie over de aard van de horizon van een zwart gat. Wanneer nabij zo’n horizon een paar deeltjes uit het vacuüm ontstaat, kan één van de deeltjes in het zwarte gat vallen, terwijl de ander als straling ontsnapt. Door deze straling (hawkingstraling) lijkt de verstrengelingsentropie van het zwarte gat toe te nemen. Tegelijkertijd verliest het zwarte gat energie, waardoor het oppervlak van zijn horizon afneemt en hij quantuminformatie prijsgeeft.  

In een recent artikel beredeneren Amerikaanse onderzoekers dat het spanningsveld tussen de toenemende verstrengeling enerzijds en het afnemende horizonoppervlak (en daardoor verminderende informatie) anderzijds, leidt tot de paradoxale conclusie dat de horizon geen regulier deel is van de ruimtetijd.

Reguliere horizon
Bij deze ontwikkelingen hebben onderzoekers van het FOM-programma 'A String Theoretic Approach to Quantum Matter and Cosmology' een belangrijke rol gespeeld. De onderzoekers hebben in verschillende artikelen (1, 2, 3, 4) aangetoond dat de verstrengeling tussen het zwarte gat en de buitenwereld gebruikt kan worden om het inwendige van het zwarte gat te reconstrueren, waardoor het reguliere karakter van de horizon in stand blijft. 

Daarnaast is in recent werk de verstrengeling van een willekeurige gebied binnen de anti-de Sitter-ruimte berekend, en is voor het eerst expliciet bevestigd dat dit gelijk is aan een kwart van het oppervlak. Beide resultaten zijn een belangrijke stap voorwaarts in het onderzoek naar de quantumstructuur van de ruimtetijd.