Может ли информация искривлять пространство-время? Физики нашли связь с гравитацией
- Физики Лейпцигского университета получили уравнения Эйнштейна в полуклассическом приближении из соотношений квантовой теории информации.
- Относительную энтропию вакуума и возбуждённого квантового поля связали с потоком энергии через горизонт и изменением его площади.
- Работа пока теоретическая: расчёты охватывают конкретные квантовые состояния и локальные горизонты; авторы намерены расширить подход.
Почему это важно: Результат помогает исследовать, насколько далеко можно продвинуться в объяснении гравитации через квантовую информацию и построении теории квантовой гравитации.
Физики из Лейпцигского университета показали, как уравнения Эйнштейна, описывающие гравитацию, можно получить из математических соотношений квантовой теории информации. Работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, развивает идею о том, что геометрия пространства-времени может быть связана с квантовыми свойствами материи, а не только с привычными представлениями о её массе и энергии.
В основе подхода лежит квантовая относительная энтропия — величина, которая показывает, насколько различимы два квантовых состояния. Авторы рассмотрели скалярное квантовое поле вблизи горизонта — границы, за которую не может проникнуть информация к определённому наблюдателю. Они установили, что относительная энтропия между вакуумным состоянием и его возбуждением связана с потоком энергии через такой горизонт. Если дополнительно принять соотношение Бекенштейна — Хокинга, связывающее энтропию горизонта с его площадью, то поток энергии оказывается связан и с изменением этой площади.
Именно эта цепочка связей позволяет получить уравнения Эйнштейна в полуклассическом приближении, где квантовые поля описываются на фоне пространства-времени, подчиняющегося законам общей теории относительности. Такой вывод продолжает работу физика Теда Джейкобсона 1995 года: тот показал, что уравнения гравитации можно связать с законами термодинамики. Новая работа заменяет классическое понятие энтропии более точной величиной из квантовой теории информации.
Физический смысл результата заключается в том, что изменение квантового состояния материи оказывается связано с геометрией пространства-времени. Возбуждение квантового поля отличается от вакуума и по информационным характеристикам, и по энергии: в рамках построенной модели эти различия связаны с изменением площади горизонта и, в итоге, с кривизной пространства-времени. Это ещё не означает, что физики доказали возникновение всей гравитации исключительно из информации: вывод опирается на определённые предположения о связи энтропии и площади, а расчёты выполнены для конкретного класса квантовых состояний и локальных горизонтов.
Пока что работа представляет собой теоретический результат, а не новую экспериментально проверенную теорию гравитации. Авторы рассматривают её как шаг к выяснению того, насколько далеко можно продвинуться в объяснении гравитации через квантовую информацию. В дальнейшем они намерены распространить подход на более общие квантовые состояния и другие геометрические условия, а также исследовать, может ли он помочь в построении полноценной теории квантовой гравитации.
© iXBT
