Лабораторное моделирование квантовой гравитации: смогут ли ученые воссоздать гравитацию в пробирке?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Гравитация, невидимая сила, которая формирует наш мир, диктует движение небесных тел и удерживает нас на Земле, уже давно не является загадкой для физиков. Благодаря закону всемирного тяготения, открытому Ньютоном, и общей теории относительности Эйнштейна, мы научились с высокой точностью предсказывать движение планет, рассчитывать траектории космических аппаратов и даже объяснять такие феномены, как гравитационное линзирование. Однако на границе микромира, где царствуют законы квантовой физики, гравитация продолжает ускользать от нашего полного понимания. Как она взаимодействует с мельчайшими частицами, какие законы управляют ее поведением в экстремальных условиях, царящих в недрах черных дыр или в момент Большого взрыва — эти вопросы остаются без ответа, бросая вызов современной науке.

Попытки объединить квантовую механику и общую теорию относительности, создав единую теорию квантовой гравитации, сталкиваются с серьезными трудностями. Математический аппарат этих двух фундаментальных теорий оказывается несовместимым, порождая парадоксы и неразрешимые противоречия. Однако физики не сдаются. В поисках решения они обращаются к новым теоретическим подходам, одним из которых является AdS/CFT-соответствие.

Квантовая гравитация, иллюстрация
Квантовая гравитация, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Эта теория, сложная для восприятия без специальной математической подготовки, предлагает своеобразный «мостик» между миром гравитации, описываемым общей теорией относительности, и квантовым миром, где частицы ведут себя не как материальные точки, а как волны вероятности. AdS/CFT-соответствие утверждает, что сложные гравитационные взаимодействия в многомерном пространстве-времени, называемом пространством анти-де Ситтера (AdS), можно эквивалентно описать более простыми квантовыми моделями, определенными на его границе, которая представляет собой пространство меньшей размерности.

Для наглядности можно представить себе воронку. Пространство анти-де Ситтера аналогично внутреннему пространству этой воронки, а его граница — это окружность на краю воронки. AdS/CFT-соответствие утверждает, что процессы, происходящие на этой окружности, т. е. на границе пространства, отражают более сложную динамику гравитационных взаимодействий внутри воронки, т. е. в пространстве анти-де Ситтера. Это подобно голограмме: двумерное изображение, нанесенное на поверхность, способно создавать иллюзию трехмерного объекта.

AdS/CFT-соответствие открывает уникальную возможность изучать квантовую гравитацию, не прибегая к экспериментам с черными дырами или ускорителями частиц, способными создавать энергии, сравнимые с теми, что существовали в первые мгновения после Большого взрыва. Вместо этого, можно использовать более доступные и контролируемые квантовые системы, которые моделируют поведение гравитации в пространстве анти-де Ситтера.

Пространство как однополостный гиперболоид в . Оси и расположены в плоскости симметрии вращения. Ось, перпендикулярная им, условно изображает оси . Вложенная поверхность содержит замкнутую времениподобную переменную
Пространство как однополостный гиперболоид в. Оси и расположены в плоскости симметрии вращения. Ось, перпендикулярная им, условно изображает оси. Вложенная поверхность содержит замкнутую времениподобную переменную
Автор: Anton Sel. Собственная работа, CC BY-SA 4.0 Источник: commons.wikimedia.org

Именно этим путем пошла исследовательская группа профессора Йоханны Эрдменгер из Вюрцбургского университета в Германии. Они разработали модель, где роль искривленного пространства-времени играет разветвленная электрическая цепь, состоящая из множества элементов, соединенных проводниками. Сигналы, проходящие через точки ветвления этой цепи, имитируют гравитационные взаимодействия в разных точках пространства анти-де Ситтера.

Теоретические расчеты, проведенные исследовательской группой, показали, что динамика сигналов на краю электрической цепи, т. е. на аналоге границы пространства анти-де Ситтера, действительно соответствует динамике внутри цепи, т. е. в аналоге самого пространства. Этот результат подтверждает ключевое предсказание AdS/CFT-соответствия и открывает путь к его экспериментальной проверке.

Следующий этап — практическая реализация предложенной модели. Ученые планируют создать электрическую цепь с заданными характеристиками и измерить распространение сигналов в ней. Если экспериментальные данные совпадут с теоретическими предсказаниями, это станет важным шагом в подтверждении AdS/CFT-соответствия и его применимости для изучения квантовой гравитации.

Успех эксперимента может не только пролить свет на природу квантовой гравитации, но и открыть путь к новым технологиям. По словам профессора Эрдменгер, такие электрические цепи, основанные на квантовых принципах, способны передавать сигналы с минимальными потерями, что может стать прорывом в области передачи информации, например, в нейронных сетях, используемых для искусственного интеллекта.

Таким образом, исследование, проведенное в Вюрцбургском университете, открывает захватывающие перспективы в изучении квантовой гравитации. Возможно, мы стоим на пороге нового этапа в понимании этой фундаментальной силы, которая играет ключевую роль в эволюции нашей Вселенной.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор блока питания ID-COOLING FP-1000 — первая платина

Компания ID-COOLING известна, в первую очередь, своими системами охлаждения, в начале года они расшились и на сегмент компьютерных корпусов, а летом дело дошло и до блоков питания. Причем...

Обзор ILIFE H90 Pro: вертикальный пылесос для тех, кто не любит вытряхивать пыль

Когда я выбирал вертикальный пылесос, главным критерием было не наличие максимального количества функций, а удобство ежедневного использования. ILIFE H90 Pro привлёк внимание именно станцией...

YouTube тормозит или не грузит видео? Решаем проблему на компьютере

Сервис YouTube на территории России, официально, давно перестал работать, но множество пользователей нашли обходные пути и продолжают им пользоваться. Однако в последние несколько дней сервис начал...

Хуанг пролюбил свой пост в Nvidia, а также возврат IPO Антропика: главное за неделю

Самые интересные новости финансов и технологий в России и мире за неделю: массовый сбой у Microsoft и американских аэропортов, SpaceX впервые поймал ракету роборукой, оценка Anthropic перед IPO...

Ученые создали «живые» искусственные мышцы для гуманоидных роботов: они играют на пианино и двигают глазами

Мышечная система человека решает две разные механические задачи. Крупные мышцы спины и ног рассчитаны на создание большой тяги и подъем тяжестей. В свою очередь, мелкие скелетные мышцы —...

Скорость света была втрое выше, а гравитация — в 27 раз сильнее: как новая модель Вселенной прошла проверку Большим взрывом

Согласно стандартной космологической модели, которую в физике называют Лямбда-CDM, привычное нам вещество — звезды, планеты, межзвездный газ и мы сами — составляет лишь около...