Международная группа ученых-физиков, возглавляемая Ирози Оогури (Hirosi Ooguri) из университета Кавли, Токио, и математиков из Калифорнийского технологического института сделала значительный шаг на пути объединения в единое целое Общей теории относительности и квантовой механики. Работа ученых, которая будет скоро опубликована в издании Physical Review Letters, подводит новую фундаментальную базу под так называемую Теорию Всего Сущего (Theory of Everything, ToE), описывая то, как пространственно-временной континуум образуется на базе явления квантовой запутанности.

Ученые-физики и математики уже давно пытаются создать теорию ToE, способную описать абсолютно все явления, наблюдаемые в окружающем нас мире на всех его уровнях.

Общая теория относительности объясняет природу гравитации, процессы масштабных космологических образований и явлений, такие, как динамика существования и движения звезд, галактик и других массивных космических объектов. Квантовая механика, наоборот, объясняет процессы и явления, происходящие на самом маленьком уровне, от молекулярного до уровня субатомных частиц.

Одним из последствий поисков ученых в направлении создания теории ToE стал принцип голографического устройства Вселенной, у которой есть масса своих сторонников и противников, и которая вызывает жаркие дебаты в научном сообществе. Согласно этому принципу, гравитация в трехмерном пространстве может быть описана квантово-механической проекцией на некоторую двухмерную поверхность, окружающую трехмерное пространство. В результате этого, три обычных пространственных измерения появляются из поверхности проекции, которая сама обладает лишь двумя измерениями. Однако, до последнего времени никто еще не мог досконально понять и описать механизмы, ответственные за появление третьего «объемного» измерения.

Однако, Ирози Оогури и его коллеги выяснили, что ключевым моментом вышеупомянутых механизмов является квантовая запутанность. Используя теории квантовой механики, которая не описывает гравитацию, ученые вычислили показатель плотности энергии, являющейся источником гравитационных взаимодействий в трех измерениях. Для простоты стоит сказать, что этот механизм проецирования при помощи квантовой запутанности походит на то, как медики разбираются с проблемами в организме, глядя на плоские рентгеновские снимки.

Такой подход позволил ученым интерпретировать универсальные свойства квантовой запутанности как параметры плотности некоей энергии, которая является основой теории квантовой гравитации. Следует отметить, что ученые и раньше догадывались о взаимосвязи гравитации и квантовой запутанности, но точная роль этой взаимосвязи в формировании пространственно-временного континуума была не до конца ясна.

Напомним нашим читателям, что квантовая запутанность – это явление, посредством которого квантовое состояние, такое, как направление вращения частицы или поляризация фотона света, может быть моментально передано от одной запутанной частицы к другой, невзирая на величину разделяющего их расстояния. Альберт Эйнштейн назвал это явление «призрачным взаимодействием на расстоянии», а работа Ирози Оогури доказывает, что именно квантовая запутанность производит дополнительные пространственные измерения.

«Некоторое время уже было известно, что квантовая запутанность связана с фундаментальными проблемами и парадоксами, мешающими объединению Общей теории относительности и квантовой механики» – рассказывает Ирози Оогури, – «Наша работа пролила новый свет на отношения и определила математические зависимости между квантовой запутанностью и структурой пространства-времени на самом микроскопическом уровне. Более того, наша теория является своего рода "интерфейсом» между квантовой гравитацией и потоками информации, циркулирующей в обычном трехмерном пространстве. И для наших будущих исследований мы привлечем специалистов в области информационных технологий, при помощи которых мы продолжим исследования в данном направлении".