Vũ trụ là một hình ảnh ảo? Có thể! Màn ảo thuật toán này cho thấy điều đó

Mạng lưới của không gian và thời gian được nhiều nhà vật lý tin rằng nó là tự nhiên, được tạo ra từ các sợi lượng tử theo một mô hình không xác định. Trong suốt 22 năm, họ đã có một mô hình đồ chơi về cách không gian-thời gian tự nhiên có thể hoạt động: một 'vũ trụ trong chai,' như người phát hiện Juan Maldacena đã mô tả nó.

Không gian-thời gian điền vào khu vực bên trong chai - một liên tục uốn cong và làm nảy, tạo ra lực gọi là trọng lực - chính xác như một bản đồ của một mạng lưới các hạt lượng tử sống trên bề mặt cứng, không trọng lực của chai. 'Vũ trụ' bên trong chiếu từ hệ thống biên giới thấp chiều như một hình ảnh ảo. Việc phát hiện của Maldacena về hình ảnh ảo này đã mang lại cho các nhà vật lý một ví dụ hoạt động về một lý thuyết lượng tử về trọng lực.

Nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa là vũ trụ đồ chơi cho thấy cách không gian-thời gian và trọng lực nảy sinh trong vũ trụ của chúng ta. Bên trong chai là một nơi động, giống như Escher, được gọi là không gian Anti-de Sitter (AdS) có độ cong âm như một chiếc yên. Các hướng khác nhau trên chiếc yên uốn cong theo cách ngược nhau, với một hướng uốn lên và hướng khác uốn xuống. Những đường cong dần dần hướng đến đứng đứng khi bạn di chuyển ra xa khỏi trung tâm, cuối cùng tạo nên ranh giới ngoại vi của không gian AdS - một bề mặt nơi các hạt lượng tử có thể tương tác để tạo ra vũ trụ ảo bên trong. Tuy nhiên, ở thực tế, chúng ta sống trong một 'không gian de Sitter (dS)' có độ cong tích cực, giống như bề mặt của một quả cầu đang mở rộng không ngừng.

Dong và cộng tác viên Eva Silverstein của Đại học Stanford và Gonzalo Torroba của Trung tâm Nguyên tử Bariloche ở Argentina đã xây dựng một hình ảnh ảo của không gian dS bằng cách lấy hai vũ trụ AdS, cắt chúng, biến dạng chúng và dính các biên giới của chúng lại với nhau.

Việc cắt bớt là cần thiết để giải quyết vấn đề vô cùng phức tạp: thực tế là biên của không gian AdS nằm ở vô cùng xa so với trung tâm của nó. (Hãy tưởng tượng một tia sáng đi qua một khoảng cách vô cùng lớn theo đường cong của chiếc yên để đến đường biên.) Dong và cộng tác viên biến không gian AdS thành hữu hạn bằng cách cắt bớt khu vực không gian-thời gian ở bán kính lớn. Điều này tạo ra những gì được biết đến là một “Randall-Sundrum throat,” theo tên của các nhà vật lý Lisa Randall và Raman Sundrum, người đã phát minh ra mẹo này. Không gian này vẫn được xấp xỉ bởi một CFT sống trên biên của nó, nhưng biên bây giờ ở một khoảng cách hữu hạn.

Tiếp theo, Dong và cộng tác viên thêm vào từ lý thuyết dây cho hai Randall-Sundrum throat lý thuyết này để làm cho chúng năng lượng và mang độ cong dương. Quy trình này, được gọi là “nâng cao,” biến hai không gian AdS hình chén thành không gian dS hình chén. Sau đó, những người vật lý có thể làm điều rõ ràng: “dính” hai chén lại với nhau dọc theo mép của chúng. Các CFT mô tả cả hai nửa cầu trở nên kết hợp với nhau, tạo thành một hệ thống lượng tử duy nhất có đối xứng với toàn bộ không gian cầu de Sitter.

“Kết quả của không gian-thời gian này không có biên, nhưng theo cách xây dựng, nó là đối xứng với hai CFTs,” Dong nói. Vì xích đạo của không gian de Sitter, nơi hai CFTs sống, chính nó cũng là một không gian de Sitter, xây dựng này được gọi là “tương ứng dS/dS.”

Silverstein đề xuất ý tưởng cơ bản này với ba đồng tác giả vào năm 2004, nhưng các công cụ lý thuyết mới đã giúp cô ấy, Dong và Torroba nghiên cứu hình ảnh dS/dS chi tiết hơn và chứng minh rằng nó đạt được các kiểm tra nhất quán quan trọng. Trong một bài báo được xuất bản vào mùa hè năm ngoái, họ tính toán rằng năng lượng liên kết - một đo lường cho việc lưu trữ thông tin trong các CFTs kết hợp sống trên xích đạo - tương đồng với công thức năng lượng liên kết đã biết cho khu vực cầu tương ứng của không gian de Sitter.

Các nhà nghiên cứu và các nhà nghiên cứu khác đang tiếp tục khám phá hình ảnh dS/dS bằng cách sử dụng công cụ từ ngành khoa học máy tính. Như tôi mô tả trong một bài báo gần đây trên Quanta, các nhà vật lý đã phát hiện trong những năm gần đây rằng tương ứng AdS/CFT hoạt động đúng như một “mã sửa lỗi lượng tử” - một kế hoạch để mã hóa an toàn thông tin trong một hệ thống lượng tử rung lên, cho dù đó là máy tính lượng tử hay một CFT. Sự sửa lỗi lượng tử có thể là cách mạng cách mạng của không gian-thời gian đạt được tính mạnh mẽ của nó, mặc dù được dệt từ các hạt lượng tử mảnh mai.

Dong, người làm phần của đội ngũ phát hiện ra mối liên kết giữa AdS/CFT và sửa lỗi lượng tử, nói: “Tôi tin rằng hình ảnh dS cũng hoạt động như một mã sửa lỗi lượng tử, và tôi rất muốn hiểu rõ hơn về điều đó.” Hiện chẳng có hy vọng nào về bằng chứng thực nghiệm xác nhận góc nhìn mới này về không gian-thời gian de Sitter có đúng không, nhưng theo Dong, “bạn tự nhiên biết bạn đang trên đúng đường nếu mọi thứ bắt đầu ghép lại.”

Patrick Hayden, một nhà vật lý lý thuyết và nhà khoa học máy tính tại Stanford nghiên cứu tương ứng AdS/CFT và mối quan hệ của nó với sửa lỗi lượng tử, nói rằng anh và các chuyên gia khác đang xem xét mô hình dS/dS của Dong, Silverstein và Torroba. Anh ấy nói rằng còn quá sớm để nói liệu cái nhìn về cách không gian-thời gian được dệt và cách trọng lực lượng tử hoạt động trong không gian AdS có thể được áp dụng vào một mô hình de Sitter hay không. “Nhưng có một con đường—có điều phải làm,” Hayden nói. “Bạn có thể đặt ra những câu hỏi toán học cụ thể. Tôi nghĩ sẽ có nhiều điều xảy ra trong những năm tới.”

Chuyện gốc được tái bản với sự cho phép từ Tạp chí Quanta, một tờ báo độc lập biên tập thuộc Quỹ Simons với sứ mệnh tăng cường sự hiểu biết của công chúng về khoa học bằng cách báo cáo về các phát triển và xu hướng nghiên cứu trong toán học, các ngành khoa học tự nhiên và y học.

• Sức hấp dẫn tàn phá của những phép màu y học
• Việc hack ATM trở nên dễ dàng đến mức phần mềm độc hại trở thành một trò chơi
• Bạn có sẵn lòng trả $6,000 để có VR chất lượng thị lực?
• Hướng dẫn MYTOUR về dữ liệu cá nhân của bạn (và ai đang sử dụng nó)
• AI có đạt được ý thức không? Câu hỏi sai lầm
• 👀 Đang tìm kiếm những thiết bị công nghệ mới nhất? Hãy kiểm tra các hướng dẫn mua sắm và các ưu đãi tốt nhất của chúng tôi quanh năm
• 📩 Nhận thêm nhiều thông tin nội bộ với bản tin hàng tuần của chúng tôi tại Backchannel