david_mendel

Category:

Новая идея физиков: «Пространство-время это голограмма, которая возникает из сети запутанных кубитов

Физики-теоретики, стремящиеся объединить квантовую механику и общую теорию относительности во всеохватывающую теорию квантовой гравитации, сталкиваются с так называемой «проблемой времени».

В квантовой механике время универсально и абсолютно; его устойчивые тиканья диктуют развитие запутанности между частицами. Но в общей теории относительности (теория гравитации Альберта Эйнштейна) время относительное и динамическое, измерение, которое неразрывно переплетено с направлениями x, y и z в четырехмерную ткань «пространство-время». Ткань искривляется под тяжестью материи, заставляя находящиеся поблизости предметы падать на нее (это сила тяжести) и замедляя течение времени по сравнению с отдаленными часами.

Объединение квантовой механики и общей теории относительности требует согласования их абсолютных и относительных представлений о времени. Многообещающий всплеск исследований квантовой гравитации дал последнего времени дал очертания того, как может выглядеть примирение, а также понимание истинной природы времени.

В контексте одной из новых теоретических попыток объяснить темную материю, ряд ведущих физиков теперь считают пространство-время и гравитацию «возникающими» явлениями: Изгибаемое, искривленное пространство-время и материя внутри него представляют собой голограмму, которая возникает из сети запутанных кубитов (квантовых битов информации), во многом подобно тому, как трехмерная среда компьютерной игры кодируется в классических битах на кремниевом чипе.

«Я думаю, что теперь мы понимаем, что пространство-время на самом деле является просто геометрическим представлением структуры запутанности этих лежащих в основе квантовых систем», - говорит Марк Ван Рамсдонк, физик-теоретик из Университета Британской Колумбии.

Исследователи разработали математику, показывающую, как голограмма возникает в «игрушечных вселенных», обладающих геометрией пространства-времени «рыбий глаз», известной как пространство «анти-де Ситтера» (AdS). В этих искривленных мирах пространственные приращения становятся все короче и короче по мере удаления от центра. В конце концов, пространственное измерение, простирающееся от центра, сжимается до нуля, достигая границы. Существование этой границы, которая имеет на одно пространственное измерение меньше, чем внутреннее пространство-время, или «объем», помогает вычислениям, предоставляя надежную основу для моделирования запутанных кубитов, проецирующих голограмму внутри. «Внутри основного объема время начинает драматически изгибаться и искривляться вместе с пространством», - говорит Брайан Суингл из Гарвардского и Брандейского университетов. «У нас есть понимание, как описать это в терминах «осадка» на границе», - добавил он, имея в виду запутанные кубиты.

Три различные версии «пустого пространства» с разными значениями энергии вакуума: пространство Минковского (энергия вакуума равна нулю), пространство де Ситтера (она положительна), и пространство анти-де Ситтера (она отрицательна). В пространстве Минковского две частицы, первоначально находившиеся в покое, остаются неподвижными по отношению друг к другу; в пространстве де Ситтера они разлетаются, а в пространстве анти-де Ситтера приближаются друг к другу. Чем больше значение энергии вакуума, тем сильнее разлет или сближение. (Иллюстрация: wikireading.ru)

Состояния кубитов эволюционируют в соответствии с мировым временем, как если бы они выполняли шаги в компьютерном коде, создавая искаженное релятивистское время в основной части пространства AdS. Это единственное, что не совсем так работает в нашей Вселенной.

Здесь ткань пространства-времени имеет геометрию «де Ситтера», растягиваясь, когда вы смотрите вдаль. Ткань растягивается до тех пор, пока Вселенная не наткнется на границу, совершенно отличную от той, что существует в пространстве AdS: конец времени. В этот момент, в событии, известном как «тепловая смерть», пространство-время растянется настолько, что все в нем станет причинно отсоединенным от всего остального, так что никакие сигналы больше не смогут перемещаться между ними. Привычное понятие времени рушится. С этого момента ничего не происходит.

На вневременной границе нашего пространственно-временного пузыря запутанности, связывающие вместе кубиты (и кодирующие динамическое внутреннее пространство Вселенной), по-видимому, останутся нетронутыми, поскольку эти квантовые корреляции не требуют, чтобы сигналы передавались туда и обратно. Но состояние кубитов должно быть статичным и вневременным. Это рассуждение предполагает, что каким-то образом, подобно тому, как кубиты на границе пространства AdS порождают внутреннюю составляющую с одним дополнительным пространственным измерением, кубиты на вневременной границе пространства де Ситтера, в частности, должны давать начало Вселенной с динамическим временем. Исследователи еще не выяснили, как проводить эти расчеты.

«В пространстве де Ситтера, - сказал Суингл, - у нас нет четкого представления о том, как понять возникновение времени».

Один из ключей к разгадке - теоретические открытия, к которым пришли Дон Пейдж и Уильям Вуттерс в 1980-х годах. Пейдж из Университета Альберты и Вуттерс из Вильямса обнаружили, что запутанная система, которая является глобально статичной, может содержать подсистему, которая, с точки зрения наблюдателя, внутри нее развивается. Система, получившая название «историческое состояние», состоит из подсистемы, связанной с тем, что мы могли бы назвать часами. Состояние подсистемы различается в зависимости от того, находятся ли часы в состоянии, когда их часовая стрелка указывает на один, два, три и так далее.

«Но все состояние системы плюс часы не меняется со временем», - объяснил Свингл. «Нет времени. Это просто состояние - оно никогда не меняется».

Другими словами, время не существует глобально, но эффективное понятие времени возникает для подсистемы.

Группа итальянских исследователей экспериментально продемонстрировала это явление в 2013 году. Подводя итоги своей работы, группа написала: «Мы показываем, как статическое запутанное состояние двух фотонов может рассматриваться как развивающееся для наблюдателя, который использует один из двух фотонов в качестве часов, чтобы измерить временную эволюцию другого фотона. Однако внешний наблюдатель может показать, что глобальное запутанное состояние не развивается».

Амплитуэдр
Амплитуэдр


Другая теоретическая работа привела к аналогичным выводам. Геометрические узоры, такие как амплитуэдр, которые описывают результаты взаимодействия частиц, также предполагают, что реальность возникает из чего-то вневременного и чисто математического. Однако до сих пор неясно, как амплитуэдр и голография связаны друг с другом.

Суть в том, что, по словам Свингла, «каким-то образом вы можете извлечь время из вневременных степеней свободы, используя запутанность».

Так ли всё это на самом деле? Время покажет.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/futurycon/novaia-ideia-fizikov-prostranstvovremia-eto-gologramma-kotoraia-voznikaet-iz-seti-zaputannyh-kubitov-5f5f653293cc6c72ff53ffd1?&utm_campaign=dbr

Гримасы времени: https://zen.yandex.ru/media/id/5b3743ddf3bff700a8c567f9/grimasy-vremeni-5b792ebbf83f0400a8dcb210

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic