理论物理学家开发出在实验室中模拟量子引力中心理论的方法

Josiah02 · 发表于 2024-9-19 17:17:03

引力对物理学家来说已不再是个谜——至少在远距离上是如此。借助科学，我们可以精确计算行星的轨道、预测潮汐，并将火箭送入太空。然而，引力的理论描述在最小粒子的层面，即所谓的量子层面，已经达到了极限。
“要解释大爆炸或黑洞内部的情况，我们必须了解引力的量子特性，”德国巴伐利亚州维尔茨堡大学 (JMU) 理论物理学 III 系主任约翰娜·埃德门格 (Johanna Erdmenger) 教授解释道。
“在极高的能量下，经典引力定律就会失效。因此，我们的目标是促进开发能够解释所有尺度（包括量子层面）引力的新理论。”
量子引力的中心理论
AdS/CFT对应是量子引力的核心理论，在开发新模型中起着重要作用。它指出，高维空间中的复杂引力理论可以用该空间边界上的更简单的量子理论来描述。
AdS 代表反德西特 (Anti-de-Sitter)，一种特殊类型的时空，像双曲线一样向内弯曲。CFT 代表共形场论，它描述的是在所有空间距离上属性都相同的量子物理系统。
“这听起来很复杂，但解释起来很容易，”Erdmenger 说。“AdS/CFT 对应关系让我们能够使用更简单的数学模型来理解复杂的引力过程，比如量子世界中存在的引力过程。它的核心是一个弯曲的时空，可以被认为是一个漏斗。
“对应关系表明，漏斗边缘的量子动力学必须与内部更复杂的动力学相对应——类似于钞票上的全息图，尽管它本身只是二维的，但却能产生三维图像。
在实验室中实现引力动力学的概念证明
如今，埃德蒙格和她的团队已经开发出一种方法，通过实验检验此前未经证实的 AdS/CFT 对应关系的预测。他们使用分支电路来模拟弯曲的时空——电路各个分支点处的电信号与时空不同点处的引力动力学相对应。
该研究发表在《物理评论快报》杂志上。
研究团队的理论计算表明，在提出的电路中，模拟时空边缘的动态也与内部的动态相对应——因此可以通过该电路实现对 AdS/CFT 对应的中心预测。
下一步，维尔茨堡研究团队计划将研究中描述的实验装置付诸实践。除了引力研究取得重大进展外，这还可能带来技术创新。
“我们的电路还开辟了新的技术应用，”Erdmenger 解释道。“基于量子技术，它们有望以更低的损耗传输电信号，因为模拟的空间曲率会捆绑并稳定信号。例如，这将是人工智能神经网络信号传输的突破。”

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