¿Qué es el espacio-tiempo?





Brian Свингл era un estudiante de doctorado, estudió física de las sustancias en el instituto tecnológico de massachusetts, cuando, de repente, decidió tomar clases en la teoría de cuerdas, a fin de contribuir con su educación — como él recuerda, "porque ¿por qué no?" — aunque nunca muy interesado en esta área. A medida que profundizar en los detalles de la Свингл comenzó a notar similitudes inesperadas enfoque de la teoría de las cuerdas a la física de agujeros negros y de la gravedad cuántica, con su propio trabajo, en el que utilizó los llamados тензорные de la red para la predicción de propiedades de materiales exóticos.

"Me di cuenta de que sucede algo profundo", dice.

Tensores son surgen por toda la física son simples objetos matemáticos, que pueden ser de varios números a la vez. Por ejemplo, el vector de velocidad — fácil tensor: es la que capta los valores de velocidad y dirección de movimiento. Más complejas tensores son asociados en la red, se pueden utilizar para simplificar los cálculos de los sistemas complejos formados por muchas personas de diferentes partes interactúan, incluyendo la compleja interacción de un enorme número de partículas subatómicas que componen la materia.

Свингл es uno de un creciente número de físicos que ven el valor en la adaptación de тензорных de la red de la cosmología. Entre otras de las ventajas que puede ayudar a resolver la controversia en curso sobre la naturaleza misma del espacio-tiempo. De acuerdo con john Прескилла, profesor de física teórica en el instituto de tecnología de california en pasadena, muchos de la física se sospechaba la profunda relación entre la cuántica de la confusión — "espeluznante acción a distancia", que no le gustaba albert einstein — y la geometría del espacio-tiempo en el meollo de la escala, que el físico john wheeler describió por primera vez como пузырящуюся espuma de seis decenas de años atrás.

"Si usted va a estudiar la geometría en el nivel más cercanos a планковской longitud, es el más corto de todos los posibles, — ella será menos y menos similar en el espacio-tiempo, — dice Прескилл. — En realidad, esto no es la geometría. Es algo diferente que surge de algo más fundamental".

La física siguen luchando con este confuso asunto relacionado con los derechos fundamentales de la pintura, pero es muy sospechoso, que se relaciona con la cuántica de la información. "Cuando hablamos de que la información se codifica, tenemos en cuenta lo que podemos dividir el sistema en partes, y es cierto que la correlación entre estas partes, por lo que se puede aprender algo sobre una parte de la observación de la otra", dice Прескилл. Ésta es la esencia de la implicación.

Estamos acostumbrados a hablar de "el tejido del espacio-tiempo, la metáfora que evoca una imagen соткания de los hilos en una suave y prolongada en una unidad. Este hilo fundamentalmente cuántica. "La complejidad es un tejido del espacio-tiempo, — dice Свингл, ahora el científico de la universidad de stanford. Es el hilo que une el sistema en conjunto, hace que el colectivo de propiedades distintas de las de individuales. Pero para ver el interés colectivo de la conducta, en realidad, usted debe entender cómo se distribuye la confusión".

Тензорные de la red proporcionan una herramienta matemática que le permite hacer esto. Desde este punto de vista, el espacio-tiempo se produce como una red de nodos interconectados integral de la red con los trozos separados cuántica de la información, relacionadas con el juntos como LEGO. La confusión es el pegamento que mantiene a la red juntos. Si queremos entender el espacio-tiempo, debemos primero pensar geométricamente sobre la implicación, ya que es de esta manera, la información codificada en innumerable cantidad de interacción de los nudos del sistema.

Muchos cuerpos, una сеть



Simular la compleja cuántica, el sistema — no es tarea fácil; incluso el sistema clásico con más de dos partes interactúan parece ser un problema. Cuando isaac newton publicó sus "Inicio" en 1687, uno de los muchos temas que tocó, fue conocida como "la tarea de los tres cuerpos". Esto es relativamente simple pregunta: calcular el movimiento de dos objetos como la Tierra y el Sol, teniendo en cuenta los efectos de su mutua atracción gravitacional. Sin embargo, si se agrega un tercer cuerpo como la luna, la tarea se vuelve colosalmente compleja, el problema es relativamente directo y concreto solución es caótica, donde la predicción a largo plazo requiere de un equipo de gama alta para la simulación aproximada de la evolución del sistema. Más corto, más objetos en el sistema, es más difícil de calcular, y esta complejidad se incrementa linealmente, por lo menos en la física clásica.

Ahora imagina cuántica de un sistema con muchos miles de millones de átomos, los cuales interactúan entre sí, de conformidad con los complejos cuánticos de ecuaciones. En la medida que la complejidad aumenta exponencialmente con el número de partículas en el sistema, por lo que el enfoque de la gruesa de la computación de la fuerza no funciona.

Imagine la pepita de oro. Se compone de una multitud de miles de millones de átomos que interactúan entre sí. De estas interacciones surgen diferentes propiedades del metal, el color, la resistencia o la conductividad. "Los átomos son pequeños cuántico-mecánico cosas, se pone los átomos juntos y se producen классненькие nuevas pequeñas cosas", dice Свингл. Pero en esta escala se aplican las reglas de la mecánica cuántica. Físicos que comienza es necesario calcular la función de onda de este самородка, que describe el estado del sistema. Y esta la función de onda — многоголовый dragón exponencial de la complejidad.

Incluso si su самородке sólo 100 átomos, cada uno con una cuantía "el espino", que puede ser superior o inferior, el número total de estados posibles es 2^100, o un millón de billones de billones. Con el añadido de cada átomo, el problema es mucho peor. (Y va de mal en peor, si usted elige cuidadosamente a describir algo en adición a espaldas de los átomos, de acuerdo con cualquier modelo realista). "Si se piensa en todo el Universo visible y llenar nuestro mejor material para almacenar, hacer la mejor de las posibles unidades de disco duro, usted puede guardar el estado de un total de 300 giros, dice Свингл. — Esta información está presente, pero no sobre la de los físicos. Nadie ha medido a todos esos números".

Тензорные de la red permiten a los físicos que comienza comprimir toda la información contenida en la función de onda, y sólo tienen acceso a las propiedades de la física que se puede medir experimentalmente: como por separado el material deforma la luz, por ejemplo, o como se absorbe el sonido, o lo bien que conduce la electricidad. Tensor es una especie de "caja negra", que toma un conjunto de números y da completamente diferente. Por lo tanto, se puede conectar con la simple función de onda — la multitud de невзаимодействующих de electrones, cada uno en нижайшем estado de energía — y fluir de los tensores son en el sistema una y otra vez, hasta que el proceso no cumple la función de onda de una gran y complejo sistema, millones de interacción de los átomos en самородке de oro. El resultado es bastante sencillo diagrama que ilustra este complejo lingote de oro, una innovación similar a los diagramas de feynman, que simplifica el proceso de presentación de la interacción de las partículas en la mitad del siglo 20. El тензорной de la red es la geometría, como el espacio-tiempo.

La clave para alcanzar esta simplificación es el principio bajo el nombre de "localidad". Un único electrón sólo se comunica con sus vecinos más cercanos-los electrones. Ofuscación de la multitud de los electrones con los vecinos produce una serie de "nodos" de la red. Estos sitios se presentan тензорами y complejidad de vincularlas entre sí. Todos estos estados de los nodos componen la red. Complejo el cálculo es más fácil de visualizar. A veces incluso se reduce a un simple problema de conteo.

Hay muchos tipos de тензорных redes, pero entre los más útiles es la conocida bajo el acrónimo de MERA (анзац перенормировки многомасштабной la confusión). He aquí como funciona en el principio de: presentar de modo unidimensional de la línea de electrones. Reemplace ocho individuales de los electrones A, B, C, D, E, F, G, H — las unidades básicas de la cuántica de la información (кубитами) y запутайте con sus vecinos más cercanos, para poder formar una relación. A se confunde con B, y C se confunde con D, E se confunde con F, G se confunde con el H. Esto plantea la red a un nivel superior. Ahora запутываем AB CD EF GH, es otro nivel. Por último, ABCD se comunica con EFGH, formando el más superior de la capa. "En cierto sentido, se puede decir que el enredo se utiliza para la construcción del polinomio de la función de onda", escribió la novela Орус, un físico de la Universidad johannes gutenberg en alemania.

¿Por qué algunos de física tan entusiasmados con el potencial de тензорных redes — especialmente MERA — a la luz de la gravedad cuántica? Debido a que estas redes muestran cómo una geométrica de la estructura se puede salir de las complejas interacciones de muchos objetos. Y Свингл (junto con otros) la esperanza de aprovechar esta derivada geometría y mostrar cómo se puede explicar el surgimiento de un continuo espacio-tiempo de bits discretos cuántica de la información.

Los límites de espacio-времени

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