از میان همه قوانین فیزیک، این مورد مسلما یکی از عجیب ترین قوانین است. دانشمندان کشف کرده اند که نیروهای کنترل کننده رفتار افق رویداد در یک سیاه چاله، در هلیوم ابرسیال نیز مشاهده می شوند. هلیوم ابرسیال، یک مایع فوق العاده است که بدون اصطکاک جریان می یابد.

گویا آی تی – این قانون پیچیده، هم در مقیاس های بسیار بزرگ، یعنی سیاه چاله ها، و هم در مقیاس های اتمی، یعنی در هلیوم سرد، مشاهده شده است. این قانون در نهایت، کلید نظریه کوانتومی گرانش شد؛ یعنی حل یکی از عمیق ترین مسائل فیزیک نظری امروز را به دست داد.
به گفته یکی از محققان این تیم تحقیقاتی، آدریان دل مائسترو از دانشگاه ورمونت، این واقعیت که یک قانون را می توان هم برای سیاه چاله ها و هم برای هلیوم به کار برد، “بسیار عجیب است، و به درک عمیق ما از واقعیت اشاره می کند”.
سیاه چاله ها، به خودی خود پدیده هایی عجیب هستند، اما رابطه آنها با انتروپی، یعنی اختلال در جهان، چیزی است که فیزیکدان مشهوری مثل استفان هاوکینگ (که به زودی مسافر فضا خواهد شد) را هم جذب خود کرده است.

انتروپی، شیوه پیشروی یک سیستم از حالت منظم به حالت مختل شده را توصیف می کند؛ یک تخم مرغ دست نخورده، انتروپی کمی دارد، اما تخم مرغ همزده شده، انتروپی بالایی دارد.
همان طور که نمی شود تخم مرغ را برای پخت هم نزد، یک سیستم هم فقط می تواند از انتروپی کم به انتروپی زیاد منتقل شود؛ حداقل در جهان ما این چنین است.
به لطف وجود انتروپی، یک بردار زمانی، فقط به سمت جلو حرکت می کند، و از زمان بیگ بنگ به بعد، جهان و هر آنچه در آن هست، به تدریج به سمت بی نظمی بیشتر حرکت کرده است.
در دهه ۱۹۷۰، هاوکینگ و همکار فیزیکدان او، یاکوب بکنشتین، کشف کردند که وقتی ماده به اندازه ای بدشانس باشد که به نزدیکی افق رویداد یک سیاه چاله برسد و در آن سقوط کند، اطلاعاتی که به آن سیاه چاله اضافه می شود (نوعی انتروپی)، به همان سرعتی افزایش می یابد که سطح سیاه چاله بزرگ می شود. این خیلی عجیب است، زیرا به نظر نمی رسد افزایش حجم سیاه چاله عامل موثری باشد.
به گفته کریستوفر هردمن، فیزیکدانی از دانشگاه واترلو کانادا که در این پروژه تحقیقاتی هم شرکت داشته، “اگر اندازه یک جعبه را دوبرابر کنید، می توانید انتظار داشته باشید که مقدار اطلاعات داخل جعبه هم دوبرابر شود”.

آن را مثل یک قفسه در نظر بگیرید. بدون آنکه حجم آن را بدانید، فقط با اندازه گیری مساحت سطح آن می توانید تشخیص دهید که چند فایل در آن جا می گیرد.
اما این همان چیزی است که هاوکینگ و بنکشتین، در سیاه چاله های موجود در عمق فضا کشف کردند و اکنون، به نظر می رسد این قانون در مورد انواع خاصی از اتم هایی که در آزمایشگاهمان داریم هم صدق می کند.
دل مائسترو در یک بیانیه مطبوعاتی گفت “ما دریافته ایم که همان قانون، در مورد اطلاعات کوانتومی موجود در هلیوم ابرسیال نیز صدق می کند”.
برای کشف این موضوع، تیم تحقیقاتی مربوطه با شبیه سازی دقیق هلیوم ابرسیال ، یعنی نوعی از هلیوم که تا ۲ درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شده است، کار خود را آغاز کرد. صفر مطلق (صفر کلوین، ۲۷۳٫۱۵- درجه سانتی گراد یا ۴۵۹٫۶۷ – درجه فارنهایت)، سردترین دمای جهان (حد مطلق آن) می باشد.
در این نقطه، هلیوم از حالت گاز به حالت مایعی با ویسکوزیته صفر می رسد، که بدون از دست دادن انرژی جنبشی خود می تواند جریان یابد. یعنی اگر مقداری هلیوم ابرسیال را در یک فنجان بریزید، و فنجان را بچرخانید، آن هلیوم واقعا برای همیشه می چرخد.
این حالت از ماده، بسیار عجیب است. زیار می تواند بر خلاف گرانش و “رو به بالا” جریان یابد و از لبه های ظرف بالا بیاید و بیرون بریزد.
در هلیوم ابرسیال، اتم های منفردی که ماده را تشکیل می دهند، دیگر نمی توانند نهادهای جداگانه ای نامیده شوند. آنها دیگر به کوانتوم هایی در هم تنیده تبدیل شده اند، و موجودیتی مشترک دارند.

وقتی دل مائسترو و همکارانش شبیه سازی های خود را روی دو ابرکامپیوتر بارگذاری کردند، توانستند شبیه سازی های جداگانه ای از ۶۴ اتم هلیوم را در هنگامی که به یک ابرسیال تبدیل شدند، ارائه دهند.
در این ابرسیال، آنها دو بخش فرضی را در نظر گرفتند: یک کره ابرسیال، و یک ابرسیال که آن کره را احاطه کرده است. سپس با بزرگتر شدن کره، مقدار اطلاعات کوانتومی مشترک میان آنها دنبال می شد.
برگردیم به سیاه چاله ها؛ این اطلاعات کوانتومی مشترک، مشابه اطلاعاتی است که در یک افق رویداد می افتد تا انتروپی داخل آن را افزایش دهد.
درست مانند آنچه که هاوکینگ و بنکشتین دریافتند، محققان حاضر در این تحقیق هم دیدند که هر چه مقدار اطلاعات کوانتومی مشترک میان این دو ناحیه بیشتر شود، مساحت سطح آنها هم افزایش می یابد، اما حجم کل مجموعه هیچ تغییری نمی کند.
این تیم تحقیقاتی گفت “مانند یک هولوگراف، به نظر می رسد که یک حجم سه بعدی از فضا، تماما روی سطح دو بعدی اش کدگذاری می شود. درست مانند یک سیاه چاله”.
امیلی کانور در وبسایت Science News نوشت، این اولین بار است که این پدیده در شبیه سازی یک حالت طبیعی از ماده دیده می شود.
و این بسیار مهم است، زیرا پدیده در هم تنیدگی کوانتومی، با مدل استاندارد فیزیک ترکیب نمی شود و خود اینشتین را عمیقا پریشان کرده بود. این مسئله هنوز هم به قوت خود باقی است و ما به راههای بهتری برای مطالعه آن نیازمندیم.

به گفته دل مائسترو در یک بیانیه مطبوعاتی گفت درهم تنیدگی، عبارت است از اطلاعات غیرکلاسیکی که میان بخش های مختلف یک حالت کوانتومی به اشتراک گذاشته می شود. این مفهوم، یکی از مشخصه های مکانیک کوانتومی است که از واقعیت کلاسیکی ما فاصله زیادی دارد”.
“نظریه گرانش کلاسیکی ما، بر شناخت دقیق شکل یا هندسه فضا- زمان تکیه دارد”.
مثل نظریه هایی که رفتار همه چیزهای وسیع و کوچک جهان ما را توصیف می کنند، نظریه نسبیت اینشتین و مکانیک کوانتومی نیز با هم ادغام نمی شوند. یکی از مهم ترین مسائل فیزیک مدرن، یافتن راهی برای ترکیب این دو در یک نظریه گرانش کوانتومی جهانی است.
شاید دیدن عجیب بودنِ یک در هم تنیدگی کوانتومی، در نهایت ما را قادر سازد که به این هدف نزدیکتر شویم.