物理学家表示，虫洞和纠缠——现代物理学中最受科幻小说喜爱的两个概念——实际上可能是同一枚硬币的两面。这些发现可能为解决关于黑洞的谜题提供了一种方法，并可能有助于调和引力理论和量子物理学，这自20世纪中期以来一直是物理学家的梦想。
虫洞是时空中假设的捷径，也被称为爱因斯坦-罗森桥，以阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森的名字命名，他们于1935年预测了虫洞的存在。纠缠是连接两个遥远物体的另一种方式：当两个粒子纠缠时，即使它们在很远的距离上分离，它们也保持着联系，因此对一个粒子执行的动作会影响另一个粒子。纠缠已在粒子的量子物理实验中得到证实，但源于广义相对论的虫洞纯粹是理论性的。这两种现象长期以来被认为是不相关的。
然后，斯坦福大学的物理学家伦纳德·萨斯坎德和普林斯顿高等研究院的胡安·马尔达西那开始思考将两个黑洞相互纠缠。纠缠通常被认为发生在微小粒子之间，而不是巨大的宇宙物体之间。但是，物理学家们推断，如果两个黑洞被纠缠，然后彼此分离，结果将是一个连接它们的虫洞。萨斯坎德和马尔达西那提出了虫洞与纠缠之间的联系在今年早些时候。
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
此后，两个独立的团队发现了对该观点的支持。他们从理论上证明，纠缠的夸克确实通过一个虫洞连接在一个简化的现实版本中。在这个模型中，就好像虫洞存在于我们真实的四维世界（三个空间维度和一个时间维度）中，但夸克仅在现实的扁平三维模拟物中纠缠。（这种建模类似于使用二维全息图来表示三维物体。）华盛顿大学的安德烈亚斯·卡尔奇是两篇新论文之一的合著者，他说：“马尔达西那和萨斯坎德想要说的是，实际上只要你有纠缠，你就有虫洞。”
马尔达西那和萨斯坎德甚至将两者等同于关系式 ER = EPR，其中 ER 指的是爱因斯坦-罗森桥（或虫洞），EPR 是爱因斯坦-波多尔斯基-罗森的缩写，是纠缠的另一个术语。“我们的说法较弱，但更容易证明是正确的，”卡尔奇说。在他的版本中，虫洞与纠缠并不等价；相反，四维虫洞在数学上类似于三维纠缠。卡尔奇和他的合作者，不列颠哥伦比亚省维多利亚大学的克里斯坦·詹森于11月20日在物理评论快报上发表了他们的发现。麻省理工学院的朱利安·索纳在前人的工作基础上，在同一期刊上发表的一篇论文中加强了这一论点。
马尔达西那说：“从研究规范/引力对偶性或研究人员用来简化计算的全息原理的背景下，纠缠和几何之间的联系来看，这些论文很有趣。”马尔达西那也是全息原理的最初架构师。然而，他同意萨斯坎德的观点，即新论文中纠缠的夸克与 ER = EPR 相比是过于不同的系统，部分原因是这些研究忽略了引力的影响。萨斯坎德说：“ER = EPR 仅在具有引力的理论中才有意义。” “充其量他们只是提出某种类比。”
如果虫洞是任何东西都无法通过的捷径，那它们有什么用呢？詹森说：“即使你和我无法通过虫洞从 A 点到达 B 点，量子力学也知道它的存在。” “它允许时空中不同的区域在量子力学上相互对话。”
ER=EPR 猜想可能是制定量子引力理论的一个步骤，该理论可以充分描述黑洞以及量子力学和广义相对论的其他难题。索纳说：“人们一直在提出各种方法，通过这些方法，纠缠实际上可以用来让爱因斯坦预测的时空几何出现，从而使曲率与真正存在于其下的纠缠有关。”
纠缠和虫洞之间的相关性也可能是解决去年发现的关于黑洞的一个令人困惑的悖论的一种方法。科学家们意识到，为了使物理学的几条规则成立，黑洞的边界必须被火墙——能量墙——包围，这些能量墙会立即摧毁任何撞击它们的东西。但是，火墙本身与物理学的原则相冲突，例如一个人掉进黑洞时，当他们穿过其边界或事件视界时，不应立即注意到任何异常。萨斯坎德和马尔达西那提出了 ER = EPR 关系以回应这个悖论。“如果它是正确的，它可能是火墙不存在的部分原因，”詹森说。