大统一理论的候选者全息理论里终于“涌现”出引力的概念

在生命的最后几十年里，阿尔伯特爱因斯坦希望将引力理论与现有的电磁模型结合成一个统一理论。

直到今天，这仍然困扰着理论物理学家。我们最好的两个现实模型——爱因斯坦的广义相对论和量子力学定律——就像油和水一样互不相容。

无论这两者的组合是什么样子，它几乎肯定能够进一步揭示宇宙的本质，与我们所能想象的任何东西都完全不同。

现在，数学物理学家发现，可以在全息理论中引入引力的概念；它是由瑞典查尔姆斯理工大学和美国麻省理工学院的团队联合发现的。

虽然听起来很奇怪，但数学是我们寻找对空间、时间和物质如何从更深层次的规律中产生的完整诠释的最佳起点。

“当我们寻求物理学问题的答案时，我们也经常会在数学上获得新发现，”查尔姆斯大学数学家丹尼尔·佩尔森说。

“这种相互作用在寻找量子引力的过程中尤为突出——在这种情况下进行实验非常困难。”

尽管量子物理学和广义相对论能够以惊人的精度给出理论预言，但它们却源于两个截然不同的体系。

量子宇宙是块状的，但近距离观察时却是朦胧的，就像当你将脸贴在屏幕上时像素会模糊成混乱的颜色。

广义相对论依赖于空间和时间的无缝连续体，即使在最小的尺度上观察，它也会以明确的信念响应质量而弯曲。

我们还可以使用其他隐喻来描述宇宙如何运行，每个隐喻都有自己的数学框架，每个隐喻都比上一个更晦涩难懂。

有些涉及添加隐藏在令人费解的几何形状中的看不见的维度。研究人员在这里使用的全息原理是一个奇怪的例子，它涉及降低维度。

简单点说，全息理论认为，我们的宇宙是一个“纸片”宇宙，我们的四维时空仅仅是一种“错觉”。我们的“本质”都存在于一个平面上。

以这种方式思考物理学是有充分理由的。嵌入 4D 时空中的量子引力很快变得极其复杂和不可行。

如果我们的时空在自身上弯曲得足够大以形成一种圆柱体，它必然有一个“平坦”的边界。碰巧的是，那些笨拙的量子引力理论在这个边界上会有相应的理论，此时，理论更容易处理。

这篇新论文有效地混合了控制粒子及其波的不同模型，以及它们如何在全息环境中的场中变换，以作为这些相互作用的自然结果的数学等价物。

“挑战在于将重力如何作为一种‘涌现’现象来描述。就像日常现象——例如液体的流动——是从单个液滴的混乱运动中出现的一样，我们想描述重力是如何从量子力学系统中出现的。”同样是查尔姆斯大学的数学家罗伯特·伯曼说。

作为奖励，这项新工作还可以为解释其他大规模现象指明道路，例如我们目前称为暗能量的宇宙膨胀燃料。

尽管数学可能很优雅，理论学家们可以奢侈地用警告和假说来填充论文，以便找到有趣的新模式。但诸如，我们的宇宙是否弯曲到足以拥有全息原理所需的边界，这本身就是一个悬而未决的问题，仅少数宇宙学家对此深信不疑。

尽管如此，当你试图解决一个连爱因斯坦都无法解决的问题时，从难以想象的事情开始并不是一个糟糕的方法。

这项研究发表在《自然通讯》上。

https://www.sciencealert.com/mathematical-discovery-reveals-quantum-gravity-could-emerge-from-a-holographic-universe

称呼:

邮箱:

Recommend