Vědci nacházejí nové důkazy, že tvar prostoročasu vychází z kvantové informace

Nový výzkum přináší další důkazy o tom, že gravitace a kvantová informace jsou spolu mnohem úžeji propojeny, než se dosud předpokládalo. Podle výsledků, které se v posledních měsících objevily v odborné literatuře, lze tvar prostoročasu odvodit ze způsobu, jakým jsou informace uloženy v kvantových polích. Jinými slovy, geometrie vesmíru by nemusela být jen pasivním pozadím, na kterém se odehrávají fyzikální děje, ale přímým důsledkem toho, jak je informace rozložena a uspořádána na kvantové úrovni.

Tato myšlenka navazuje na desítky let starou snahu teoretických fyziků sladit obecnou teorii relativity, která popisuje gravitaci jako zakřivení prostoročasu, s kvantovou mechanikou, jež popisuje chování částic a polí na nejmenších škálách. Oba rámce fungují skvěle každý ve svém oboru, ale dosud se nepodařilo najít jednotnou teorii, která by je spojila bez vnitřních rozporů. Právě proto vědci v posledních letech stále více zkoumají, zda by klíč k propojení nemohl ležet právě v pojmu informace.

Základní intuice je taková, že kvantová pole nesou informaci o stavu systému, a tato informace má konkrétní matematickou strukturu. Pokud se tato struktura dá popsat pomocí veličin, které připomínají geometrické vztahy, pak by samotná geometrie prostoročasu mohla být odvozena z toho, jak jsou informace propojeny a sdíleny mezi různými částmi systému. V praxi to znamená, že vzdálenosti, zakřivení a další vlastnosti prostoru by nebyly nezávislou veličinou, ale projevem toho, jak se chová informace na kvantové úrovni.

Tento přístup má kořeny v takzvané holografické hypotéze, podle níž lze informace o objemu prostoru zakódovat na jeho hranici, podobně jako hologram zachycuje trojrozměrný obraz na dvourozměrné ploše. Novější práce tuto myšlenku rozvíjejí a ukazují, že podobné principy by mohly platit obecněji, nejen v teoretických modelech s vysokou mírou symetrie, ale i v situacích, které se blíží reálnému vesmíru.

Výzkumníci se zaměřují na takzvanou kvantovou provázanost, tedy jev, kdy jsou stavy dvou nebo více částic propojeny tak, že změna jedné okamžitě ovlivňuje popis druhé, bez ohledu na vzdálenost mezi nimi. Ukazuje se, že míra provázanosti mezi různými oblastmi kvantového pole koresponduje s geometrickými vlastnostmi prostoročasu, jako je zakřivení nebo vzdálenost mezi body. Čím silnější je provázanost, tím menší je podle těchto modelů efektivní vzdálenost mezi odpovídajícími oblastmi v prostoru.

Z toho vyplývá zajímavý důsledek: pokud by se podařilo manipulovat se strukturou kvantové informace, mohlo by to teoreticky ovlivnit i geometrii prostoročasu, přinejmenším v matematickém modelu. Samotná gravitace by tak mohla být emergentním jevem, tedy něčím, co vzniká jako vedlejší produkt chování informace na hlubší úrovni, a ne základní silou, kterou je třeba zvlášť kvantovat.

Tento pohled se liší od tradičních pokusů o kvantovou gravitaci, které se snaží gravitaci popsat pomocí částic podobných fotonům, takzvaných gravitonů. Místo toho nabízí alternativu, v níž je gravitace důsledkem informační struktury vesmíru, podobně jako teplota je důsledkem pohybu mnoha jednotlivých molekul, aniž by sama byla základní vlastností jediné částice.

Přestože jde zatím především o teoretické modely a matematické analogie, odborníci upozorňují, že tento směr výzkumu může pomoci lépe pochopit chování černých děr, zejména takzvaný informační paradox, tedy otázku, co se stane s informací, která spadne do černé díry. Pokud je totiž informace skutečně provázána s geometrií prostoru, může to naznačovat způsob, jak se informace z černé díry může v nějaké podobě zachovat, místo aby byla nenávratně ztracena.

Fyzici zdůrazňují, že dosud nejde o experimentálně potvrzenou teorii, ale o slibný teoretický rámec, který spojuje dvě doposud oddělené oblasti fyziky. Další výzkum se má soustředit na hledání konkrétnějších matematických modelů i možných nepřímých experimentálních testů, které by mohly spojení mezi gravitací a kvantovou informací dále potvrdit nebo vyvrátit.