Clara Aldegunde lähtee älylliselle matkalle ymmärtääkseen, kuinka kvanttiilmiöt voivat yhdistää aika-avaruuden kudoksen ja synnyttää todellisuutemme
marraskuuta 2021, Clara Aldegunde keskuskirjaston tasolla 2, Imperial College London, Iso-Britannia
Olen kirjastossa syvästi syventynyt tutkimukseen ensimmäistä kvanttifysiikkaa käsittelevää artikkeliani varten, kun puhelimeni soi ja palaan todellisuuteen. Vanhempani soittavat, ja poistun kiireesti hiljaisesta työskentelyalueesta puhuakseni heille.
Tavallisten tervehdysten ja juorujen jälkeen en voi olla jakamatta heidän kanssaan, mitä olen oppinut. Jotkut teoreetikot, olen oppinut, ajattelevat, että kvanttivuorovaikutukset ovat vastuussa universumimme tila-aika-kudoksen luomisesta. Yksinkertaistettujen mallien ja matemaattisten työkalujen avulla nämä tutkijat toivovat voivansa selittää kuinka sekä tila että aika syntyivät. Vaikka lisätutkimus on elintärkeää tämän teorian ekstrapoloimiseksi universumiin, jolla on samat ominaisuudet kuin meillä, tämä voisi olla lupaava ensimmäinen askel kohti kvanttigravitaatiota ja kauan etsittyä "kaiken teoriaa".
"Eikö se ole jännittävää?" Kysyn vanhemmiltani, jotka kuuntelevat mykistyneenä linjan toisessa päässä. Koska haluan saada heidät ymmärtämään tämän käsitteen uskomattoman syvät vaikutukset, minun on aloitettava selittämällä kvanttimekaniikan perusteet.
Jotta voisimme todella päästä käsiksi kvanttimekaniikkaan, meidän on jätettävä syrjään klassisempi ajattelutapamme. Tällä hetkellä olen varma kahdesta asiasta: olen South Kensingtonissa Lontoossa, seison levossa ja selitän kvanttimekaniikkaa perheelleni, ja he istuvat sohvalla 2197 km:n päässä. Jos olisimme kvanttihiukkasia, kuten protoni ja elektroni, mikään tästä ei olisi totta. Klassisessa mekaniikassa meillä on selvät vastaukset, kun kysytään järjestelmän asentoa ja liikemäärää tietyllä hetkellä. Mutta ylitä raja klassisesta kvanttimaailmaan, ja huomaat, kuten fyysikot tekivät 20-luvun alussa, että nämä säännöt rikkoutuvat.
Kvanttimittakaavassa ei voida koskaan täysin tarkasti ennustaa sekä hiukkasen sijaintia että sen liikemäärää tietyllä hetkellä. Ja minkä tahansa järjestelmän kuvaamiseksi tarvitsemme aaltofunktion – matemaattisen kuvauksen järjestelmän kvanttitilasta, joka sisältää kaikki sen mitattavissa olevat tiedot – käsittelemään kvanttimittausten todennäköisyyttä. Siksi kvanttihiukkaset ilmaistaan matemaattisesti tavalla, joka kattaa useita mahdollisuuksia, jotka ovat olemassa tilojen "superpositiossa" samanaikaisesti. Kun suoritamme mittauksen, aaltofunktio romahtaa ja valitsee yhden tarkan arvon, joka vastaa havainnointiamme: tunnetun määrätyn mittauksen.
Esitettyäni tämän nopean esittelyn vanhemmilleni ja yhtäkkiä ajateltuani puhelinlaskua, päätän siirtyä suoraan käsittelemäni artikkelin keskipisteeseen: kvanttisekoitukseen. Liian innostunut ihmettelemään, ovatko he tähän asti seuranneet selityksiäni, yritän selventää, kuinka tämä käsite on "kvanttimekaniikan tunnusomainen piirre, se, joka pakottaa sen poikkeamaan klassisista ajatuslinjoista" - aivan kuten Erwin Schrödinger melkein julisti. 90 vuotta sitten (Matematiikka. Proc. Camb. Philos. Soc. 32 446).
Kietoutuminen on puhtaasti kvanttimekaaninen ilmiö, jossa kahdella tai useammalla hiukkasella voi olla läheisempi suhde kuin klassisen fysiikan sallii. Se tarkoittaa, että jos määritämme yhden hiukkasen tilan, se korjaa välittömästi muiden hiukkasten kvanttitilan riippumatta siitä, kuinka lähellä tai kaukana ne ovat. Se tarkoittaa myös sitä, että jos kaksi tällaista kietoutunutta hiukkasta ovat tilojen superpositiossa, yhden niistä aaltofunktion romahtaminen tarkoittaa toisen välitöntä koordinoitua romahtamista. Tämä vahva korrelaatio näyttää ylittävän avaruuden ja ajan, joten voimme määrittää yhden hiukkasen tilan yksinkertaisesti mittaamalla sen kietoutunutta paria riippumatta niiden välisestä etäisyydestä. Jos esimerkiksi tiedät yhden hiukkasen spinin, voit aina määrittää toisen hiukkasen spinin. Voisiko kenties olla, että tämä perustavanlaatuisten hiukkasten välinen syvä kvanttiyhteys yhdistää tilan ja ajan?
Mutta mitä me lopulta etsimme, ja miltä tällainen kvanttiavaruus-aika näyttäisi? Albert Einstein syrjäytti Isaac Newtonin universaalin gravitaatiolain yleisellä suhteellisuusteoriallaan (GR). Se kuvaa painovoimaa aika-avaruuden geometrisena ominaisuutena, jossa aineen ja säteilyn energia ja liikemäärä määräävät suoraan aika-avaruuden kaarevuuden – mutta GR on myös muotoiltu klassisen fysiikan rajoissa. Kvanttimekaniikan ja painovoiman yhdistämiseksi tutkijat ovat pitkään etsineet johdonmukaista kvanttigravitaatioteoriaa. Eräs houkutteleva ratkaisu juontaa juurensa edellä mainitusta ajatuksesta, että kenties aika-avaruuden kudos voi olla jonkinlaisen kvanttikettumuksen esiintuleva ominaisuus; sellainen, joka lopulta täyttää Einsteinin relativistiset kenttäyhtälöt.
"Eikö se tunnu taikalta?" kysyn vanhemmiltani. Heidän hämmentynyt hiljaisuutensa ei horjuta innostustani. Kun nousen puhelimesta ja palaan pöytäni ääreen, kuvittelen itseni uraauurtavina teoreettisina fyysikoina Juan Maldacena ja Gerard 't Hooft, jotka muistelevat aikaa, jolloin he olivat löytöjen partaalla, jotka alkoivat valaista kvanttimaailman ja kvanttimaailman välisiä yhteyksiä. tila-aika.
[Vastuuvapauslauseke: vaikka alla esitellyt tiedemiehet ovat todellisia, skenaariot ja lainaukset ovat kuvitteellisia, jotka kirjoittaja on kuvitellut tätä artikkelia varten]
Kvanttiavaruus-aika rakentaminen
Painovoima on voima, joka määrittää kuinka esineet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa suuressa mittakaavassa. Asteikon paljon pienemmässä päässä – jossa painovoimalla on lähes mitätön vaikutus – ovat perushiukkaset, jotka muodostavat kaiken universumissamme, ja niiden vuorovaikutus määräytyy kvanttimekaniikan lakien mukaan.
Kvanttikenttäteoriat ovat kehyksiä, jotka yhdistävät klassisen kenttäteorian (joka kertoo meille, kuinka perustavanlaatuiset hiukkaset ja kentät ovat vuorovaikutuksessa), erikoissuhteellisuusteoria (joka antaa meille ekvivalenssin tilan ja ajan välillä) ja kvanttimekaniikan. Ne koskevat kolmea maailmankaikkeuden neljästä perusvoimasta – sähkömagneettisia, vahvoja ja heikkoja voimia, mutta ei painovoimaa.
Valitettavasti yleinen suhteellisuusteoria (GR) - joka kuvaa painovoiman ja aika-avaruuden toimintaa universumissamme - ei ole yhteensopiva kvanttimekaniikan kanssa. Itse asiassa GR sanoo, että aika-avaruus on jatkuvaa, kun taas kvanttimekaniikka sanelee, että kaikki on erillisissä kvantisoiduissa aineen ja energian paketeissa.
Painovoiman ja kvanttimekaniikan yhdistämiseksi fyysikot ja matemaatikot ovat pitkään työskennelleet kvanttipainovoiman teorian kehittämiseksi. Yrittäessään osoittaa, kuinka avaruus-aika-alue, jossa on painovoimaa, voitaisiin mahdollisesti johtaa puhtaasti kvanttiteoriasta, argentiinalainen teoreettinen fyysikko Juan Maldacena ehdotti vuonna 1997 olettamusyhteyttä kahden fysikaalisen teorian välillä, joita hän kutsui anti-de Sitter -avaruudeksi. konforminen kenttäteorian vastaavuus (AdS/CFT).
Toisaalta ovat anti-de Sitter -avaruudet (AdS) - tietynlainen tila-aikageometria, jota käytetään kvanttigravitaation teorioissa ja joka on muotoiltu merkkijonoteorian mukaisesti. Toisaalta ovat konformiset kenttäteoriat (CFT) – kvanttikenttäteorian erityinen versio, joka on invariantti konformisissa muunnoksissa. Nämä muunnokset ovat sellaisia, että aika-avaruuden kulmat ja nopeudet säilyvät ja pysyvät muuttumattomina muista muutoksista, kuten mittakaavan muutoksesta, huolimatta. Valitettavasti tämä ei pidä paikkaansa universumissamme havaitsemassamme kvanttielektrodynamiikassa, koska mittakaavan muutos vaikuttaisi perushiukkasten ja -kenttien varauksiin ja energioihin, mikä tarkoittaa, että todellisuudessamme havaitsemiamme kvanttikenttiä ei kuvata konformisella kentällä. teorioita.
Maldacenan AdS/CFT-vastaavuus olettaa, että nämä kaksi teoriaa tarjoavat kaksi erilaista kuvausta samoista fysikaalisista ilmiöistä. Hänen ehdottamassaan universumissaan AdS on tila-aika-alue, joka syntyy hologrammin tavoin CFT:stä, tämän holografisen universumin painovoimattomasta rajasta. Itse asiassa 3D-mainoksessa on painovoima, ja se on negatiivisesti kaareva (kuvittele satulan muoto), mikä mahdollistaa sen rajan - 2D CFT, joka ei sisällä painovoimaa.
Alempiulotteinen raja synnyttää niin sanotun "holografisen periaatteen" tai kaksinaisuuden, joka antaa meille kaksi eri tapaa tarkastella samaa järjestelmää – aivan kuten hologrammissa, jossa kaikki 3D-informaatio on tallennettu 2D-pinnalle. . Koska CFT:llä on yksi ulottuvuus vähemmän kuin AdS-tilassa, voit kuvata sen 2D-sylinterin 3D-pinnana – sellaisena, jossa pinnalla pelaava kvanttimekaniikka sisältää kaiken massasta tiedot. Ja kuten tapahtuu, se on kvanttikietoutuminen rajassa, joka aiheuttaa tila-aikageometrian suurimmassa osassa.
tammikuuta 1998 Juan Maldacena kotinsa olohuoneessa lähellä Harvardin yliopistoa Yhdysvalloissa
Pitkän työpäivän jälkeen sinä (Juan Maldacena) saapuu kotiin löytääksesi kaksivuotias tyttäresi olohuoneesta lelujensa ympäröimänä – arkisten esineiden pienoisversioita. Olet juuri julkaissut artikkelin siitä, kuinka tietyillä aika-avaruusgeometrioilla ("leluuniversumilla") voidaan havaita olevan tiettyjä vastaavuuksia kvanttiteorian tyypin kanssa ilman painovoimaa (täsmennettynä tunnetaan konformisena kenttäteoriana, CFT). Ja aivan kuten tyttäresi lelut edustavat versiota todellisuudesta, jota on paljon helpompi käsitellä, yksinkertaistetut versiot maailmankaikkeudesta tekevät avaruuden ja ajan alkuperän ymmärtämisen ongelmasta huomattavasti helpompaa.
Innostuneena tästä kauniista symmetriasta, alat selittää tyttärellesi, että hänen lelunsa ovat aivan kuin anti-de Sitter -avaruus (AdS) – moniulotteinen tila-aika painovoimalla, jota käytetään merkkijonoteorioihin perustuvissa kvanttipainovoimateorioissa. Itse asiassa AdS on eniten käytetty vaihtoehtoinen tila-aikageometria tämän asian tutkimiseen sen jälkeen, kun löysit AdS/CFT-vastaavuuden (katso yllä oleva laatikko).
Analysoimalla tätä kaksinaisuutta tietyn aika-avaruusgeometrian (helppoisempi käsitellä kuin todellinen universumimme) ja kvanttimekaniikan välillä, meillä on oikea lähtökohta vastata fysiikan perustavanlaatuisimpaan kysymykseen: mistä tila-aika lopulta koostuu?
Hämmentynyt lapsesi katsoo, kun selität, kuinka vaikka AdS-universumi on negatiivisesti kaareva ja sen vuoksi romahtamassa itseensä – toisin kuin positiivisesti kaareva ja laajeneva maailmankaikkeus – näistä yksinkertaistetuista universumeista voi olla valtavasti apua tutkittaessa fysiikkaa kvanttien kietoutumisen takana. avaruus-aika neulominen. "Haastavien ongelmien ratkaiseminen on paljon helpompaa, kun voi jakaa ne ei niin haastaviin pieniin osiin", vakuutat juhlallisesti.
Siitä huolimatta olemassa on edelleen valtava käsitteellinen tiesulku: kvanttifysiikan matematiikka toimii kolmessa ulottuvuudessa, kun taas aika-avaruus muodostaa neljä. Onneksi tyttäresi ei tarvitse olla liian huolissaan, sillä toinen teoreetikko on jo mukana.
1994, Gerard 't Hooft luentoteatterissa Utrechtin yliopistossa, Alankomaissa
Sinä (Gerard 't Hooft) ovat säännöllisessä perustutkinto-luennossasi innostuneiden opiskelijoiden ympäröimänä, jotka haluavat sinun selittävän heille konseptin, jonka esitit tiedeyhteisölle vuosi sitten: holografisen periaatteen. Holografinen periaate, joka on kehitetty ratkaisuksi siihen, mitä tapahtuu, kun painovoima, kvanttimekaniikka ja termodynamiikan lait todella törmäävät mustien aukkojen tapahtumahorisontissa, ehdottaa, että 4D-avaruus-aika voidaan projisoida kvanttimekaniikan ilmaisemaan 3D-pintaan. Aivan kuten 2D-pikselimatriisi televisiossa edustaa 3D-kuvaa, aika-avaruus voidaan kuvata matemaattisesti tällä "hologrammilla" yhdellä ulottuvuudella vähemmän.
Holografinen periaate viittaa siihen, että 3D-avaruutta voitaisiin säikeyttää kentät, jotka oikein rakennettuna luovat ylimääräisen neljännen ulottuvuuden, mikä synnyttää aika-avaruutta. Alemman ulottuvuuden hologrammi (3D-kvanttikuvaus) toimisi rajana 4D-bulkkiavaruuteen, joka syntyi tämän rajan kietoutumisen ansiosta (kuva 1). Kuten Yhdysvaltain teoreetikko Ted Jacobson vahvisti myöhemmin vuonna 1995, enemmän sotkeutuminen tarkoittaisi sitä, että hologrammin osat ovat tiiviimmin yhteydessä toisiinsa, mikä vaikeuttaa aika-avaruuskudoksen muotoaan ja johtaisi heikompaan painovoimaan Einsteinin ymmärtämällä tavalla.
"Mutta mitä tapahtuisi, jos poistaisimme matemaattisesti sotkeutumisen tästä kvanttimekaanisesta kuvauksesta, jota kutsumme 'hologrammiksi'?" kysyt retorisesti oppilailtasi. "No, huomaamme, että aika-avaruus jakautuu. Itse asiassa, jos poistamme kaiken sotkeutumisen, meille ei jää tilaa-aikaa."
Opiskelijasi eivät vaikuta vakuuttuneelta, joten päätät mennä hieman pidemmälle esittelemällä sotkeutumisentropian käsitteen. Tämä mittaa kahden järjestelmän välisen sotkeutumisen määrää, ja teoreetikot ovat kyenneet yhdistämään sen suoraan bulkin pintaan ja ovat havainneet, että se on verrannollinen sotkeutumisen määrään.
Mutta voidaksemme muodostaa tämän yhteyden, sanot, että meidän on tarkasteltava kietoutumien jatkumoa jättäen ajatuksen diskreeteista yhteyksistä taaksesi. Kun teemme tämän ja annamme hologrammin sotkeutumisen taipua nollaan, myös bulkkialue (jossa aika-avaruus asuu) katoaa, kuten tapahtuisi, jos langat irrottaisimme kankaasta (kuva 2).
Pysähdyt dramaattiseen vaikutukseen, tapaat innokkaimpien oppilaidesi katseet yksitellen ennen kuin kysyt: "Eikö tämä ole vahva argumentti, joka tukee sitä, että aika-avaruus on todellakin pohjimmiltaan kvanttimekaanista, ja se pitää yhdessä sotkeutumalla eri osien välillä. hologrammi?"
25 Clara Aldegunde perhekodin ruokasalissa
"Lopuksi, ansaittu tauko", ajattelen keskellä perheen jouluateriaa, kun kuulen isäni kuvailevan artikkeliani "jostakin hiukkasten välisestä vuorovaikutuksesta, joka, kuka tietää, muodostaa tilaa ja aikaa". Yhtäkkiä tunnen tarvetta saada koko perheeni ymmärtämään, kuinka tärkeä tämä hypoteesi on modernille fysiikalle. Intohimoni ja kaiken viimeaikaisen omaksumani tiedon ohjaamana päätän vielä kerran selittää nämä ideat heille ottamalla käyttöön kvanttibitin tai kubitin käsitteen.
Kubitti on kvanttijärjestelmä, jossa on kaksi (tai useampi) mahdollista tilaa. Vaikka klassisten bittien arvo voi olla joko 0 tai 1, kubiteilla (joille on ominaista esimerkiksi kvanttihiukkasen spin) on kvanttiominaisuuksia ja ne voivat esiintyä tilojen superpositiossa. Ja jos nämä kubitit ovat sotkeutuneita, yhden niistä tilan tunteminen merkitsisi toisen tilan tuntemista, käsite, joka voitaisiin helposti laajentaa kokoelmaan, joka sisältää minkä tahansa määrän kubitteja.
Kunkin kubitin sotkeutuminen naapuriinsa synnyttäisi täysin sotkeutuneen 2D-verkon, ja kahden tällaisen verkon sotkeutuminen johtaisi 3D-geometriaan. Sitten ymmärrän, että tämä liittyy takaisin 't Hooftin ideoihin, koska kietoutuvat kubitit, jotka luovat yhden ulottuvuuden niiden ulottuvuuksien lukumäärän lisäksi, joissa ne esiintyvät, selittää bulkin olemassaolon ja holografisen periaatteen tuoman rajan.
"Mutta jos hologrammin kaksi etäistä pistettä kietoutuvat muodostamaan välissä tila-aikabulkin ja tieto kulkee kvanttihiukkasesta toiseen välittömästi, eikö tämä tarkoittaisi valonnopeuden ylittämistä?" kysyy tätini, joka minun ilokseni seuraa selitystäni.
Itse asiassa tämä käsitteellinen ongelma voidaan ratkaista väittämällä, että kietoutuneiden hiukkasten ei todellakaan tarvitse peittää niitä erottavaa tilaa. Valon nopeus voi silti olla fyysinen raja, kunhan ymmärrämme, että kietoutumista ei tapahdu aika-avaruudessa, se luo tila-aikaa. Aivan kuten kivi tai appelsiini koostuvat atomeista, mutta eivät osoita atomifysiikan ominaisuuksia, niin tilaa rakentavien elementtien ei tarvitse olla tilallisia, vaan niillä on avaruudellisia ominaisuuksia, kun ne yhdistetään oikein.
Tätiäni lukuun ottamatta suurin osa perheestäni näyttää hämmentyneeltä eivätkä ole vaikuttuneita paljastuksestani. Mutta ymmärrän, että tämä keskustelu on selventänyt mielessäni useita ajatuksia, kun minulle valkenee, kuinka kvanttimekaniikasta tuli geometria, jota voitaisiin nyt verrata avaruuteen ja aikaan.
Loman aikana kaipaan palata tutkimukseeni avaruuden ja ajan alkuperän löytämiseksi. Pidän tauon perhejuhlista ja löydän hiljaisen huoneen ajatellakseni Stanfordin yliopiston professoria Monika Schleier-Smithiä, jonka tiimi työskentelee laboratoriossa käänteistekniikan parissa erittäin sotkeutuneiden kvanttijärjestelmien parissa nähdäkseen, ilmaantuuko jonkinlainen aika-avaruus. . Mietin, kuinka Brandeisin yliopiston fyysikko Brian Swingle päätyi vuonna 2017 siihen johtopäätökseen, että "kietoutumisesta rakennetun geometrian, jolla on oikeat ominaisuudet, on noudatettava liikkeen gravitaatioyhtälöitä" (Annu. Kondensa. Aine Phys. 9 345).
2015, Monika Schleier-Smith vastaa Brian Swinglen sähköpostiin hänen toimistostaan Stanfordin yliopistossa, Yhdysvalloissa
"Kyllä, professori Swingle, voin kääntää aikaa laboratoriossani", sinä (Monika Schleier-Smith) sano vastauksena hyvin erityiseen kysymykseen Brian Swingle. Laboratoriossasi työskentelet hallitaksesi atomien välistä kietoutumista niin tarkasti, että niiden vuorovaikutus on mahdollista kääntää päinvastaiseksi siinä toivossa, että voit kokeellisesti luoda tila-aikaa laboratoriossasi.
Teoreettiset CFT-mallit ovat usein liian monimutkaisia käsiteltäviksi olemassa olevilla matemaattisilla työkaluilla, joten niiden painovoiman (AdS) kaksoispisteiden löytäminen laboratoriossa voisi olla parempi vaihtoehto, mikä saattaa sisältää yksinkertaisempien järjestelmien löytämisen kuin teoreettisesti tutkittavat.
Voidaksesi testata kokeellisesti tätä hypoteesia aika-avaruuden alkuperästä, päätät käsitellä ongelmaa päinvastoin. Sen sijaan, että lähtisit universumistamme ja yrittäisit selittää sitä kvanttilaskelmien avulla, tutkit kuinka kvanttikietoutuman hallinta voi tuottaa tila-aikageometrian analogeja, jotka täyttävät Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöt.
Haluttu kietoutumisgeometria muodostaa puumaisen rakenteen, jossa kukin kietoutunut atomipari on kietoutunut toiseen pariin. Ajatuksena on, että tällainen yksilöllinen, matalan tason sotkeutuminen rakentuu täysin sotkeutuneeksi järjestelmäksi. Tällaisten erilaisten rakenteiden yhdistäminen synnyttää tila-aika-bulkkia CFT-pinnan eri osien välisen kytkentäkehän ansiosta.
Avain tämän esiin nousevan aika-avaruuden havainnointiin laboratoriossa on vangita atomit valolla kietoutumisen aiheuttamiseksi ja ohjata niitä sitten magneettikentillä. Tämän saavuttamiseksi laboratoriosi on täynnä peilejä, valokuituja ja linssejä tyhjökammion ympärillä, joka sisältää rubidiumatomeja, jäähdytettynä nollakelvinin yläpuolelle. Kietoutumista ohjataan sitten käyttämällä erityisesti viritettyä laseria ja magneettikenttiä, jolloin voit valita, mitkä atomit sotkeutuvat toisiinsa.
Tämä järjestely näyttää luovan holografiaa laboratoriossa – voit kääntää aikaa kvanttiasteikolla. Ymmärrät tämän löydön valtavuuden. Se antaa kokeellisen tuen Swinglen teoreettiselle työlle ja mikä tärkeintä, antaa tiedeyhteisölle mahdollisuuden testata kvanttimekaniikan ja painovoiman välisiä yhteyksiä, mikä tuo meidät askeleen lähemmäksi modernin fysiikan yhdistämistä.
9. tammikuuta 2022, 23:00, Clara Aldegunde opiskelemassa Imperial Collegessa Lontoossa, Isossa-Britanniassa
Lähes kahden kuukauden tutkimisen, löytämisen ja oppimisen jälkeen olen vihdoin lähettänyt artikkelini. Tämän työn päättäminen antoi minulle vastauksia kysymyksiin, joita en ollut edes ajatellut. Mikä tärkeintä, se jätti minulle satoja kysymyksiä.
Johtaako tämä seuraamani lanka meitä kohti kvanttigravitaatiota ja kaiken teoriaa, fyysikkojen perimmäistä päämäärää? Toisin sanoen, voisiko tämä kvanttimalli yhdistää yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan yhden ainutlaatuisen selityksen alle, mikä synnyttää yhden teorian, joka pystyy kuvaamaan koko universumiamme?
Johtaako tämä seuraamani lanka meitä kohti kvanttigravitaatiota ja kaiken teoriaa?
Tiedeyhteisö tukee voimakkaasti tätä ajatusta, ja monet fyysikot ympäri maailmaa työskentelevät parhaillaan sen parissa odottaen tiukasti vihjeitä yhdistämisteoriaan. Kuten kirjoitan äskettäin päättyneessä artikkelissani, sotkeutumisen ymmärtäminen geometrisena rakenteena antaisi meille mahdollisuuden verrata sitä painovoimaan ja tarkistaa sen vastaavuus Einsteinin relativististen yhtälöiden kanssa, mikä ratkaisee yhden modernin fysiikan suurimmista ongelmista.
Siitä huolimatta minulle jää sellainen vaikutelma, että minun on tehtävä liian monia olettamuksia yhdistääkseni kvanttikettumuksen aika-avaruuden kudoksen muodostumiseen. Mitä minulta puuttuu ja mihin minun pitäisi keskittyä tutkijanurani aloittaessa?
Minun mielestäni ensimmäinen ratkaistava ongelma olisi kuvata kietoutumista GR:n diskreetin tensorimetriikan jatkumoversiona, joka sisältää kaiken tiedon aika-avaruuden geometrisesta rakenteesta. Kun tämä on tehty, Einsteinin yhtälöt voidaan johtaa tälle tila-aika-mallille, mikä selittää kuinka painovoima syntyy sotkeutumisesta yksinkertaistettuun AdS-avaruuteen. Toinen AdS-universumin avainkysymys on, että sen romahtava geometria ei näytä yhtään laajenevan universumimme kaltaiselta, ja useita säätöjä tulisi tehdä näiden löydösten laajentamiseksi täysin todellisuuteen.
Näistä avoimista kysymyksistä ja huolenaiheista huolimatta tämä leluuniversumi on tarjonnut sekä tärkeitä teoreettisia oivalluksia että kykyä tehdä joitain ennusteita; esimerkiksi volyymit ja alueet skaalautuvat samalla tavalla mainoksissa ja universumissamme.
Mitä muuta voidaan tehdä sotkeutumisen ja aika-avaruuden välisen yhteyden valaisemiseksi? Yksi idea olisi tutkia monimutkaisempia aika-avaruusrakenteita sekä matemaattisesti (esimerkiksi mustia aukkoja edustavilla tensoriverkoilla) että kokeellisesti (sillä Schleier-Smith on toistaiseksi luonut vain yksinkertaisia aika-avaruusrakenteita).
Muistan Swinglen paperin loppulauseen: "Mielenkiintoista kyllä, [mustan aukon] sisäosa jatkaa kasvuaan vielä pitkään sen jälkeen, kun kaikki kietoutumisentropiat ovat tasapainossa, mikä on havainto, joka viittaa siihen, että "kietoutuminen ei riitä".
Muistutettuani itseäni kaikesta, mitä olen oppinut, en voi muuta kuin tuntea olevani erittäin tyytyväinen. Annoin unen viedä minut tyytyväisenä tietoon, että paperini loppuun saattaminen ei merkinnyt muuta kuin matkani alkua kohti maailmankaikkeuden avaruuden ja ajan yhdistämistä.
