什么是空间-时间?






布莱恩记录层是一个研究生研究物理学的物质在麻省理工学院,当时他突然决定采取一些教训,在弦理论来支持他的教育,因为他回忆说,"因为为什么不呢?"虽然从来没有真正兴趣在这个区域。 因为你更深入的详细信息记录层开始注意到一个意想不到的亲和力的方法的弦理论的物理学的黑洞和量子引力有自己的工作中,他使用的所谓张量网络,以预测性的特殊材料。

"我意识到一些深刻的东西,"他说。

张量出现在整个物理学是简单的数学对象,这可能表示多个数字在同一时间。 例如,速度矢量是一个简单的tensor:它捕捉的速度和方向的运动。 更复杂张量相关联的网络,可以用简化的计算的复杂系统,包括许多不同的相互作用的部分,包括复杂的相互作用的广大的亚原子粒子,使事情。

记录层是一个越来越多的物理学家看的价值在适张的网络的宇宙观。 除其他优点,可以帮助解决正在进行的辩论的性质的空间-时间。 根据约翰,Priscilla,教授理论物理在加利福尼亚州技术学院在帕萨迪纳,许多怀疑物理学家深深的连接之间的量子纠缠—"怪异行动在距",所以不喜欢阿尔伯特*爱因斯坦和几何形状的空间-时间的最小规模,其物理学家约翰*惠勒的第一个描述为一个泡泡沫,六十年前。

"如果你学几何尺度靠近马克斯*普朗克的长度,是最短的所有可能的—它会越来越少,像空间-时间,说Preskill的。 —事实上,它不会以几何形状。 这是别的东西,正在从更多的东西根本"。

物理学家继续斗争,这令人困惑的问题相关联的基本的画面,但非常怀疑它是关于量子的信息。 "当我们说这些信息的编码,我们的意思是,我们可以分系统成部分,并且将有一些相关之间的这些部分,这样你可以学习一些有关一个部分,观察其他,说:"Preskill的。 这是本质上的纠缠。

我们用来谈谈"的织物"的空间-时间,比喻,调用图像的satkania线以平稳和连续的单个的单元。 这线是根本的量子。 "混乱织的空间-时间说的记录层,现在是一个学者在斯坦福大学。 是的线程联系在一起,使得集体性质的不同的个人。 但看到有趣的集体行为实际上,你需要了解如何纠缠分布的"。

张量网络提供一个数学工具,允许这样做。 从这个角度来看,空间-时间出现作为一个网络的相互联系的节点的复杂网络,具有独立件的量子信息链接在一起,喜欢乐高。 纠缠是胶水一样的网络一起。 如果我们想要了解空间时,我们需要考虑的几何关于混乱,因为在这样的编码信息的数量无限的相互作用中的节点系统。

许多机构,一个сеть




来模拟复杂的量子系统是不容易的壮举,即使是典型的系统有两个以上的相互作用的部分似乎有一个问题。 当艾萨克*牛顿发表了他的"启动"在1687,其中的许多议题,他感动,成了被称为"问题的三个机构"。 这是一个相对较简单的问题:计算运动的两个对象喜欢的地球和太阳,考虑到影响他们的相互重力吸引力。 然而,如果增加第三个身体就像月亮,任务变得极为困难的问题,相对于直接和具体的解决方案是混乱的,在那里长期的预测需要强大的计算机建模的近似值的演变的系统。 在短期,更多的对象的系统,就越难以计算,这难度线性增加,至少在经典物理学。

现在,想象一下,一个量子系统与众多亿原子,所有这些互相交流按照一个复杂的量子方程式。 在这样的规模,复杂性增加呈指数级增长与颗粒数的系统,这样,方式是野蛮的计算能力是不会的工作。

想象一下,一个金块。 它包括数十亿原子相互作用。 从这些互动,按照不同的金属、彩色、强度或者传导率。 "原子的微小的量子机械的东西,你把原子在一起而发生klassnenkiy新的东西,"说的记录层。 但是,在此范围内规则的量子力学。 物理学家需要准确地计算出的波函数的这块金,其中描述了系统的状态。 这一波的功能是许多头龙的指数的复杂性。

即使你的狗头只有100原子每与量子"旋转",这可以上或下降,总量可能的国家是2^100,或一百万万亿万亿美元。 每个加入原子时,该问题变得不可估量的恶化。 (并且会变得更糟,如果你仔细选择,以描述的东西在外旋转的原子,根据任何现实的模型)。 "如果你把整个可见宇宙的,充满我们的最佳材料储存,以使尽可能最好的硬盘驱动器可以节省国家只有300旋转,说的记录层。 —这个信息是存在的,但它不是物理学家。 没有人曾经测量所有这些数字"。

张网络,使物理学家来压缩的所有信息包含在波的功能,并只适用于那些属性的物理学家,可以测量实验:因材料的光变曲线,例如,或者它是如何吸收的声音,或者以及它如何进行电力。 一张是一种"黑箱",需要的一组数字,问题完全不同。 因此,它是可能连接一个简单的波的功能设置的电子里,每个在他们的能量最低的国家,并通过了张量系统中一次又一次直到该进程将产生一波功能的大型和复杂的系统中,十亿的相互作用的原子在一块金牌。 结果是一个相当简单的示意图,描绘了这种复杂的锭金的创新办法,类似于费曼图,简化提交过程中的相互作用的微粒在20世纪中叶。 从张的网络的几何为空间-时间。

关键实现这种简化的原则是所谓的"局部性"的。 任何个人电子互动仅与其最邻近的邻居分子。 缠结的多个电子与其邻国产生了一系列的"节点",在网络。 这些节点代表张量和混乱将它们连接在一起。 所有这些连接节点的网络。 复杂的计算变得更容易地形象化。 有时候他甚至下来到简单问题的计数。

有许多不同类型的张网络,但其中最有用的是有一个,所周知的首字母缩写MERA(多尺度的重整拟缠结). 在这里,它是如何工作的原则:想象一下,一个一维线的电子。 替换八个单独的电子—A,B,C,D,E,F,G,H的基本单元的量子信息(量子位)和纠缠不清他们与邻国建立连接。 一个卷入与B、C变为纠缠D、E混淆F、G混淆H.这就提出了该网络向更高的水平。 现在混合AB CD,EF GH与另一个级别。 最后,与相关联ABCD EFGH,形成最高层。 "在某种意义上说,我们可以说,纠缠是用来构建多项式波的功能,写道:"罗马Orus,一个物理学家大学约翰内斯堡的德国。

为什么一些物理学家都这么兴奋的潜力张网络,尤其是MERA—光量子引力吗? 因为这些网络显示出怎样的一个几何结构可以出现的复杂的相互作用的许多对象。 和一个记录层(及其他)的希望利用这种所得的几何形状和展示它是如何能够解释出现一个顺利的连续时空分散的位的量子信息。

边界的空间времени




物理kondensirovannykh的环境中意外发现新出现的一个额外的层面,当他开发了张网络:这种技术给出了两个维系统的相同层面。 与此同时,理论家重开始减层面从三个两与发展的所谓的全息的原则。 是否有可能将这两个概念形成深入了解空间-时间?

在1970年代,物理学家雅各布,贝肯斯坦表明,该信息内容的一个黑洞,是编码在它的两个维的区域("边界"),而不是在三个维("volume"). 二十年后,Leonard和杰拉德t见扩大这个想法的整个宇宙比作她的全息:我们的三维宇宙在其所有的荣耀来自两个维的"源代码"。 1997年,胡安*马尔达塞纳发现的具体实例的全息技术的行动,表明玩具模型,描述了一个扁平的空间没有重力的,相当于说明马鞍状空间与重力。 这种关系的物理学的所谓的双重性。

Mark van拉姆斯东克、弦理论家从不列颠哥伦比亚大学在温哥华,比较这个想法有全息两维的计算机芯片包含的代码,以创建一个三维虚拟世界的视频游戏。 我们生活在这个三维的游戏空间。 在某种意义上说,我们的空间是虚幻的,暂时绘画挂在稀薄的空气中。 但是为强调由的范拉姆斯东克,"没有一个真正的理事在计算机存储所有信息。"

这个想法已经获得广泛接受的物理学家-理论家,但他们仍然在努力与这个问题:究竟是如何更低的层面可以存储的信息有关的几何形状的空间-时间。 绊脚石是我们的隐喻存储器芯片的需要的东西就像一个量子计算机,那里的传统零和一个用于信息进行编码,被量子位,可以为零,人之间的一切,同时进行。 这些量子比特人团结起来,帮助纠缠在该国的一位取决于他的邻居之前,他可以编码的现实的三维的世界。

参与似乎根本存在的空间-时间。 这是最后在2006年来一对科学家:新生柳(伊利诺伊大学),和忠功不可没的(《京都大学),收到的奖2015年新的视野,在物理学对这项工作。 "这个想法的方式是编码的空间几何时,有很多事情要做,如何不同我们的部分存储器芯片缠结的,"解释的范拉姆斯东克的。

灵感来自他们的工作,并且还工作,马尔达塞纳,在2010年的范拉姆斯东克提出的一个想法的实验,证明了关键作用的参与形成的空间-时间,思考可能会发生什么,如果你割的存储器芯片进入两个,然后删除纠缠之间的量子位于相对的两半。 他发现的空间-时间开始撕本身分开,像伸展的口香糖中的不同部分形成一个衣衫褴褛的洞中心。 继续分享这种存储器芯片进入较小和较小的碎片,你可以打破的空间-时间,直到只有一个小小的单独的碎片的,不是相互关联。

"如果你移除你的混乱、空间-时间分崩离析,说范拉姆斯东克的。 —同样,如果你想要建立空间-时间,你需要开始用纠缠的量子比特在一起在一个特定的方式"。

结合这些想法与工作的记录层的连接混乱的结构空间-时间和全息的原则,张量网络和一个很重要的一块拼图会掉到地方。 弯曲时空而流动的自然缠绕在一张网络,通过全息。 "空间-时间是一个几何表示的量子信息,说:"凡*拉姆斯东克的。






和什么正确地做几何? 在这种情况下马鞍状空间-时间马尔达塞纳,她看起来像一个的形状循环"限制圈"科内利斯*埃舍尔末,50-60年代初的。 Escher长期以来一直关注以及对称性,其中包括这些数学思想在他的艺术。

他的木刻"限制圈"是图中的曲线的几何形状:产生负面曲空间表示在两个方面在形成的一种扭曲的光盘,像平的全球地球上一个两维图歪曲的大陆。 记录层的权利要求,diagrammy张量网络承担了惊人的相似之处的一系列"极限环"。

今天张量分析仅限于模型的空间-时间就像muldestausee,不描述的宇宙中我们所生活的宇宙nestedloops的形式,这意味着扩张正在加速。 物理学,可以只进行转账之间的两种模型在一些情况。 理想的情况是,他们希望获得一个普遍的字典。 他们想要做到准确的翻译,不关闭。

"我们正处在一个有趣的情况与这些二元性,正如所有人都同意,说,是的,这是重要的,但是没有人知道如何将他们,说Preskill的。 —可能的方法与张量网络将让你去,进一步"。

过去一年来,记录层和范拉姆斯东克做了很多联合工作,以把你的视力范围超越静态图像的空间-时间和考察其动态:多的空间-时间随时间演变以及如何将其曲响应这些变化。 迄今为止,他们已成功地带来的爱因斯坦方程,特别是原则上的等同一证据的动态空间-时间和其几何形状,来自纠缠量子比特. 这是一个充满希望的开始。

"问题是:什么是空间-时间? 这听起来像一个完全哲学问题,说范拉姆斯东克的。 —但是,这是相当具体,而事实上,空间-时间可以计算,相当令人惊讶。"发布

 

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资料来源:hi-news.ru

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