Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, ставит под сомнение состоятельность гипотезы ER = EPR. Авторы работы доказали: если теоретические предположения сторонников этой концепции верны, это неизбежно должно отражаться на сверхтонкой структуре атома водорода и его эффективном заряде. Однако экспериментальные данные не подтверждают наличия подобных эффектов.
История вопроса берет начало в 1935 году, когда Альберт Эйнштейн стал соавтором двух фундаментальных работ. Первая описывала парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена (EPR), затрагивающий феномен квантовой запутанности. Вторая касалась мостов Эйнштейна-Розена (ER) — теоретических тоннелей в пространстве-времени, известных нам как червоточины.
В 2013 году физики Хуан Мальдасена и Леонард Сасскинд предложили смелую гипотезу ER = EPR, постулирующую, что квантовая запутанность и червоточины — это две стороны одной медали. Эта идея пытается объединить квантовую механику с общей теорией относительности, что является «святым граалем» современной теоретической физики.
Журналисты Phys.org обсудили выводы работы с ее авторами — аспирантом Ирфаном Джаведом и профессором Эдвардом Уилсоном-Юингом из Университета Нью-Брансуика.
«Концепция ER = EPR всегда казалась мне крайне любопытной, — отмечает Джавед. — Изучив предыдущие работы о влиянии этой гипотезы на заряженные частицы, я решил, что пришло время проверить ее на эмпирическом уровне».
Запутанность и пространство-время
Парадокс EPR указывает на то, что запутанные частицы способны мгновенно «чувствовать» состояние друг друга на любом расстоянии. Эйнштейн, скептически относившийся к подобной идее, называл ее «пугающим дальнодействием».
Долгое время физики искали ответ в «скрытых параметрах», однако теорема Белла и серия экспериментов подтвердили: квантовая запутанность — это фундаментальная реальность, не требующая классических объяснений. Гипотеза ER = EPR предлагает изящное решение, утверждая, что частицы связаны между собой самой геометрией микромира.
Как комментирует Уилсон-Юинг: «Эта теория может стать ключом к пониманию квантовой гравитации».
Почему именно водород?
Атом водорода — эталонная физическая система. Его энергетические уровни измерены с невероятной точностью (до 15 знаков после запятой), что делает его идеальным «детектором» любых, даже самых незначительных, аномалий.
Особое внимание ученые уделили сверхтонкой структуре — энергетическим сдвигам, обусловленным взаимодействием магнитных моментов электрона и протона. Именно этот параметр позволил исследователям очертить строгие границы допустимого для гипотезы ER = EPR.
В атоме водорода электрон и протон запутаны естественным образом. Если предположить, что между ними действительно существует червоточина, то, согласно модели авторов, часть электрического поля электрона должна «утекать» в это пространство. Протон же из-за своих значительных размеров остается вне зоны влияния червоточины.
Уилсон-Юинг предлагает наглядную метафору: «Представьте, что поле электрона — это жидкость, а червоточина — сливное отверстие. Часть потенциала просто теряется внутри этого канала».
Методология проверки
Поскольку математический аппарат ER = EPR еще не до конца сформирован, исследователи построили модель, исходя из двух условий: утечка поля пропорциональна энтропии запутанности, а эффект распространяется исключительно на точечные частицы.
При таком сценарии внешний наблюдатель фиксировал бы ослабление заряда электрона, степень которого зависит от интенсивности запутанности. Ученые сравнили спиновые состояния водорода: синглетные (максимально запутанные) и триплетные (незапутанные). Если бы теория была верна, разница в энергии между ними стала бы очевидной.
Итоги исследования
Авторы искали два признака: аномалии в сверхтонком расщеплении и гипотетическую неэлектрическую нейтральность атома. Оба эксперимента не дали положительного результата.
Это накладывает жесткие ограничения на гипотезу ER = EPR: если связанные червоточины и существуют, их влияние на энергетику атома минимум в миллионы раз слабее, чем предсказывают теоретические модели. «Полученные данные крайне строги, — подчеркивает Джавед. — Сейчас теория находится в таком состоянии, что ее предсказательная сила ограничена, но наши результаты сужают поле для поиска».
Перспективы
Исследование прокладывает путь к экспериментам с более тяжелыми атомами — например, цезием или калием, чьи спектральные характеристики изучены не менее детально. Подтверждение же существования такой связи означало бы колоссальный прорыв в науке, став первым прямым свидетельством квантовой гравитации, связывающим геометрию пространства с законами квантового мира.