¿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



La física кондесированных entornos encontramos surge una dimensión adicional, cuando han desarrollado тензорные de la red: esta técnica le da двумерную el sistema de una sola dimensión. Entre tanto, los teóricos de la gravedad comenzó a restar una dimensión de tres a dos — con el desarrollo del llamado el principio holográfico. ¿Es posible combinar estos dos conceptos para formar una profunda comprensión del espacio-tiempo?

En la década de 1970, el físico yaakov Бекенштейн mostró que la información sobre el contenido de un agujero negro se codifica en su bidimensional de la zona ("la frontera"), y no en tres dimensiones ("cantidad"). Veinte años más tarde, leonard Сасскинд y gerard t'Хоофт han ampliado esta idea en todo el universo, comparando su holograma: nuestro universo tridimensional en toda su belleza deriva de la bidimensional "código fuente". En 1997, juan Малдасена encontrado ejemplos concretos de la holografía en la acción, los cuales demuestran que el juguete modelo que describe un espacio plano, sin gravedad, es equivalente a la descripción de седловидного espacio con gravedad. Esta relación de la física llamado дуальностью.

Mark van Раамсдонк, un físico teórico de la Universidad de columbia Británica en vancouver, compara esta hologràficos idea con bidimensional de informática con un chip que contiene el código para la creación tridimensional en el mundo virtual de los videojuegos. Vivimos en tres dimensiones el espacio de juego. En cierto sentido, nuestro espacio de lotería, эфемерная pintura, повисшая en el aire. Pero como señala van Раамсдонк, "todavía hay un verdadero física de la cosa en su equipo, que almacena toda esta información".

Esta idea ha recibido un amplio reconocimiento entre los físicos teórico, pero que todavía están luchando con el problema: ¿cómo es baja, la medida puede almacenar la información de la geometría del espacio-tiempo. Una piedra de tropiezo es que nuestro metafórico chip de memoria debe ser algo así como un ordenador cuántico, donde las tradicionales ceros y las unidades utilizadas para la codificación de la información, se sustituyen por кубитами, capaces de ser ceros, las unidades y todo lo que entre, al mismo tiempo. Estos кубиты tenían que conectar con ofuscación — lo que el estado de una кубита se determina por el estado de su vecino — antes de que pueda ser codificado realista en el mundo tridimensional.

La implicación parece ser fundamental para la existencia del espacio-tiempo. A la conclusión de que ya en 2006 llegó un par de científicos: Шинсей Ryu (Universidad de illinois) y tadashi Такаянаги (Universidad de kyoto), han recibido el premio New Horizons 2015 de física por este trabajo. "La idea era que la forma en que se codifica la geometría del espacio-tiempo, tiene mucho que ver con el hecho de que las diferentes partes de nuestro chip de memoria enredado entre sí", explica van Раамсдонк.

Inspirado en sus obras, así como el trabajo Малдасены, en 2010 van Раамсдонк propuso un experimento mental, que demuestra un papel crucial la implicación en la formación del espacio-tiempo, pensando en lo que podría ocurrir si cortar el chip de memoria en dos y, a continuación, eliminar la implicación entre кубитами en el opuesto considerados por la mitad. Se encontró que el espacio-tiempo comenzará a vomitar en parte, así como el estiramiento de la goma de mascar en diferentes extremos de forma rotos agujero en el centro. Continuando compartir este chip de memoria en grupos más pequeños y menos en parte, se puede romper el espacio-tiempo, hasta que sólo queden pequeños fragmentos individuales, no relacionados entre sí.

"Si te tomas tu confusión, tu espacio-tiempo de romperse en pedazos", dice van Раамсдонк. — Del mismo modo, si usted quiere construir en el espacio-tiempo, debes comenzar con la ofuscación кубитов juntos de una manera determinada".

Combinando estas ideas con el trabajo Свингла de combinación confusa de la estructura del espacio-tiempo y el principio holográfico con тензорными redes, y otra importante pieza del rompecabezas encaje en su lugar. Искривленное el espacio-tiempo es muy natural surge de la implicación en el тензорных redes a través de голографичность. "El espacio-tiempo es geométrica en la representación de esta cuántica de la información", dice van Раамсдонк.





Y en que se parece esta geometría? En el caso de седлообразным de espacio-tiempo Малдасены, se parece a una de las formas del ciclo "el Límite del círculo" Маурица cornelis escher finales de los 50's y 60-c. escher durante mucho tiempo interesado en el orden y la simetría, incluidas estas las ideas matemáticas en su arte.

Su xilografía "el Límite del círculo" es una ilustración ser hiperbólico de la geometría: negativamente curvas de espacio, presentados en dos dimensiones en forma de distorsión de la unidad, así como el plano del globo de la Tierra en un mapa distorsiona los continentes. Свингл afirma que диаграмммы тензорных redes tienen una notable similitud con la serie "el Límite del círculo".

Hoy en día тензорный el análisis se ha limitado en los modelos de espacio-tiempo como малдасеновской, que no describen el universo en el que vivimos — el universo неседлообразной de la forma, la extensión de la que se está acelerando. La física sólo pueden hacer traducciones entre los dos modelos, en algunos casos. Idealmente les gustaría conseguir diccionario universal. Y quieren hacer traducciones exactas, y no secretor.

"Estamos en una divertida situación con los дуальностями, ya que están todos de acuerdo, dicen, sí es importante, pero nadie sabe como traducir", dice Прескилл. — Es posible, el enfoque de тензорной la red permitirá ir más allá".

Durante el año pasado Свингл y van Раамсдонк hecho un montón de trabajo conjunto, para mostrar su círculo de visión más allá de la estática de la imagen del espacio-tiempo y explorar su dinámica: como el espacio-tiempo cambia con el tiempo y la forma de la curvatura responde a estos cambios. Hasta que han conseguido sacar de la ecuación de einstein, en particular, el principio de equivalencia es la prueba de que la dinámica en el espacio-tiempo, como su geometría, se derivan de las intrincadas кубитов. Es un comienzo prometedor.

"Pregunta: ¿qué es el espacio-tiempo? Suena muy filosófico de la cuestión, dice van Раамсдонк. — Sin embargo, él es muy específico, y el hecho de que el espacio-tiempo se puede calcular, totalmente sorprende". publicado

 

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Fuente: hi-news.ru