211service.com
Tyngdkraften kommer från kvantinformation, säger fysiker
En av de hetaste nya idéerna inom fysiken är att gravitation är ett framväxande fenomen; att det på något sätt uppstår ur det komplexa samspelet mellan enklare saker.
För några månader sedan lade Erik Verlinde vid universitetet i Amsterdam fram en sådan idé som har tagit fysikens värld med storm. Verlinde föreslog att gravitationen bara är en manifestation av entropi i universum. Hans idé bygger på termodynamikens andra lag, att entropin alltid ökar med tiden. Det antyder att skillnader i entropi mellan delar av universum genererar en kraft som omfördelar materia på ett sätt som maximerar entropin. Det är den kraft vi kallar gravitation.
Det som är spännande med tillvägagångssättet är att det dramatiskt förenklar den teoretiska byggnadsställningen som stöder modern fysik. Och även om det har sina begränsningar – till exempel genererar det Newtons gravitationslagar snarare än Einsteins – har det också vissa fördelar, såsom förmågan att redogöra för storleken på mörk energi som konventionella gravitationsteorier kämpar med.
Men den kanske mest kraftfulla idén som kommer fram från Verlindes tillvägagångssätt är att gravitationen i grunden är ett informationsfenomen.
Idag får den här idén ett användbart uppsving från Jae-Weon Lee vid Jungwon University i Sydkorea och ett par kompisar. De använder idén om kvantinformation för att härleda en teori om tyngdkraften och de gör det på ett lite annorlunda sätt än Verlinde.
Kärnan i deras idé är den knepiga frågan om vad som händer med information när den kommer in i ett svart hål. Fysiker har förbryllat detta i årtionden med lite konsensus. Men en sak de är överens om är Landauers princip: att radera lite kvantinformation alltid ökar universums entropi med en viss liten mängd och kräver en viss mängd energi.
Jae-Weon och co antar att denna raderingsprocess måste ske vid det svarta hålets horisont. Och om så är fallet måste rumtiden organisera sig på ett sätt som maximerar entropin vid dessa horisonter. Med andra ord genererar den en gravitationsliknande kraft.
Det är spännande av flera anledningar. Först antar Jae-Weon och co existensen av rumtiden och dess geometri och frågar helt enkelt vilken form den måste ta om information raderas vid horisonter på detta sätt.
Det relaterar också gravitation till kvantinformation för första gången. Under de senaste åren har många resultat inom kvantmekaniken pekat på den allt viktigare roll som information verkar spela i universum.
Vissa fysiker är övertygade om att informationens egenskaper inte kommer från beteendet hos informationsbärare som fotoner och elektroner utan tvärtom. De tror att informationen i sig är den spöklika berggrund som vårt universum är byggt på.
Tyngdkraften har alltid varit en fluga i denna salva. Men den växande insikten att information spelar en grundläggande roll även här, skulle kunna öppna vägen för den typ av förening mellan kvantmekaniken och relativitetsteorien som fysiker har drömt om.
Ref: arxiv.org/abs/1001.5445 : Gravity från Quantum Information