新しい数学モデルによると、ブラックホール間の量子もつれがキャタピラのようなでこぼこした時空トンネルを作成する可能性がある。Brandeis大学の研究者らは、これらのワームホールは通常滑らかではなくでこぼこなものであり、以前の理論とは異なると発見した。この研究は、ブラックホールの謎めいた内部を明らかにすることを目的としている。
2013年、ニュージャージー州のプリンストン大学のフアン・マルダセナ物理学者とカリフォルニア州のスタンフォード大学のレナード・サスキンドが、ブラックホールに対して、アインシュタイン-ローゼン橋—時空の遠く離れた点を繋ぐワームホール—が、粒子が量子もつれで結ばれたアインシュタイン-ポドルスキー-ローゼン対に相当する可能性を提案した。
これを基に、マサチューセッツ州のBrandeis大学のブライアン・スウィングルとその同僚らは、絡み合ったブラックホールを数学的に分析した。彼らの発見はPhysical Review Lettersに掲載され（DOI: 10.1103/btw6-44ry）、より複雑な絵を明らかにしている。「量子もつれしたブラックホールを繋ぐワームホールを研究することは、最終的に研究者たちがブラックホールの内部をより理解するのに役立つ。これらの内部は、重力がそこで驚くほど強く作用するため、謎に満ちたあまり理解されていない場所だ」とスウィングルは語る。
チームは、ワームホールがブラックホールと同様のルールに従うかどうかを探求した。内部のサイズが量子複雑性に対応するものだ。量子重力の完全な理論がないため、彼らは量子物理学と重力を結びつける不完全なモデルを使用した。これはスウィングルが価値ある洞察を提供すると信じている。
彼らの計算は、ワームホールの微視的な量子乱雑さとその幾何学的長さの間の対応を示している。典型的なワームホールは滑らかである可能性が低く、物質からなる突起ができやすく、「アインシュタイン-ローゼン・キャタピラ」というニックネームを得ている。これは2013年のモデルと対照的で、後者は滑らかなワームホールを生む特殊な場合にのみ適用される可能性がある。
カリフォルニア大学サンタバーバラ校のドナルド・マロルフは、この研究が洞察を追加するが、最も一般的なもつれの場合をカバーしていないと指摘する。可能なブラックホール状態の膨大な配列は、私たちの宇宙のものを超えており、さらに研究が必要だ。スウィングルは、量子コンピュータを将来使用してこれらの現象をシミュレートすることを提案し、量子理論と重力研究の両方を進展させる可能性がある。