Eine Computersimulation eines Schwarzen Lochs mit Neoneffekten. nicht exklusiv / iStock
Obwohl dies nicht der aufschlussreichste Gedanke ist, hat die Idee holografischer Realitäten Anwendungen außerhalb von Twitter-Feed von Elon Musk – nämlich bei der Verwendung von Quantencomputern zur Erforschung einer Theorie, die als holografische Dualität bekannt ist.
Es ist eine Idee, die darauf hindeutet, dass die Theorie von Teilchen und Gravitation – obwohl konventionell unvereinbar – mathematisch gleichwertig ist. Gravitation beschreibt Dinge in drei Dimensionen, wobei sich das zweidimensionale Gewebe der Raumzeit krümmt oder nach oben oder unten „biegt“, um seine Kraft darzustellen.Aber die Teilchentheorie beschreibt Dinge nur in zwei Dimensionen.
In Fällen extremer Gravitationskraft, wie bei einem Schwarzen Loch, könnte das Ziel der holografischen Dualität, sich das Universum als eine holografische Projektion von Partikeln vorzustellen, möglicherweise das Innere eines Schwarzen Lochs enthüllen – als eine Projektion von Partikeln, die auf dem gekrümmten Gewebe von abgebildet sindFreizeit.
Und ein Forscherteam analysierte zusätzlich zu Deep Learning die holografische Dualität mittels Quantencomputing, um Quantenmatrixmodelle zu entdecken – den niedrigsten Energiezustand mathematischer Probleme rund um die Idee – und bringt uns der Enthüllung des Inneren von Schwarzen Löchern einen Schritt näher, entsprechend eine kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichte Studie PRX-Quantum.
Und für einige Wissenschaftler könnte diese Forschung ein Schritt zur Erweiterung einer holografischen Projektion von Teilchen in ein Quantenfeld der Schwerkraft sein – ein Hinweis auf die weltweit erste einheitliche Theorie von allem.
Das ist eine Menge, wofür man den Atem anhalten muss, aber einen Versuch wert.
Quantencomputing kann uns helfen, Teilchentheorien zu lösen
Enrico Rinaldi, ein in Tokio ansässiger und vom Theoretical Quantum Physics Laboratory innerhalb des Cluster for Pioneering Research am RIKEN in Wako beherbergter Forschungswissenschaftler, sagt in a Pressemitteilung damit nähert sich die Forschung der Beantwortung einer ewigen Frage.
"In Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie gibt es keine Teilchen – es gibt nur Raumzeit. Und im Standardmodell der Teilchenphysik gibt es keine Gravitation, es gibt nur Teilchen. Die Verbindung der beiden unterschiedlichen Theorien ist ein seit langem bestehendes Thema in der Physik —etwas, was die Leute seit dem letzten Jahrhundert versucht haben."
Wenn die Wissenschaftler ein solches Quantenmatrixmodell lösen können, könnten sie Informationen über die Schwerkraft aufdecken.
Die Quantenmatrixmodelle der Studie sind ausgeklügelte Darstellungen der Teilchentheorie. Und da die holografische Dualität impliziert, dass die Gravitationstheorie und die Teilchentheorie mathematische Äquivalente sind, könnten die Wissenschaftler, wenn sie diese Art von Quantenmatrixmodell lösen können, Informationen über die Schwerkraft aufdecken – welcheist fast ein Jahrhundert lang eine undurchdringliche Black Box geblieben.
In der Studie verwendeten Rinaldi und seine Kollegen zwei Matrixmodelle, die mit herkömmlichen Verfahren gelöst werden konnten, aber dennoch Schlüsselmerkmale der komplizierteren Matrixmodelle zur Beschreibung schwarzer Löcher beibehielten, via holografische Dualität.
„Wir hoffen, dass wir durch das Verständnis der Eigenschaften dieser Teilchentheorie durch die numerischen Experimente etwas über die Schwerkraft verstehen“, sagt Rinaldi, der auch Forschungswissenschaftler an der Fakultät für Physik der Universität von Michigan ist. „Leider ist es immer noch nicht einfachdie Teilchentheorien lösen. Und dabei können uns die Computer helfen."
Entschlüsselung einer einheitlichen Theorie der Physik
Im Wesentlichen sind die Matrixmodelle Zahlengruppen, die Objekte in darstellenStringtheorie — das aus Partikeln besteht, die als eindimensionale Strings existieren. Indem sie nach Matrixmodellen lösen, die diese verwenden, suchen die Wissenschaftler nach einer Möglichkeit, den niedrigsten Energiezustand des Systems darzustellen, der als „Grundzustand“ bezeichnet wird. In diesem Zustand ist ein Systemwird seine Anfangsbedingungen beibehalten, bis jemand oder etwas eine Kraft irgendeiner Art hinzufügt, um es zu stören.
„Es ist wirklich wichtig zu verstehen, wie dieser Grundzustand aussieht, denn dann kann man Dinge daraus erschaffen“, fügt Rinaldi hinzu. „Für ein Material ist die Kenntnis des Grundzustands also so, als würde man beispielsweise wissen, ob es ein Leiter ist, oderob es ein Supraleiter ist oder ob es wirklich stark ist oder ob es schwach ist. Aber diesen Grundzustand unter all den möglichen Zuständen zu finden, ist eine ziemlich schwierige Aufgabe. Deshalb verwenden wir diese numerischen Methoden."
Letztendlich gelang es den Forschern, den Grundzustand beider untersuchter Matrixmodelle zu entdecken, betonten jedoch die übermäßigen Kosten der aktuellen Quantencomputertechnologie und dass weitere Fortschritte erforderlich sind, um ihre Arbeit zum nächsten Schritt zu führen: Fortschritt eine Theorie der Quantengravitation über den Begriff der holografischen Dualität.
Ein Licht im Dunkeln — Wenn Quantencomputer weiter voranschreiten und mehr Berechnungen zu geringeren Kosten durchführen, könnten Rinaldi und sein Team möglicherweise darüber hinaus enthüllen, was im Inneren von Schwarzen Löchern passiert der Ereignishorizont – eine Region, die die Singularität eines Schwarzen Lochs unmittelbar umgibt, in der nicht einmal Licht und vielleicht auch die Zeit selbst der immensen Schwerkraft entkommen können.
In der Praxis verhindert der Ereignishorizont alle konventionellen, lichtbasierten Beobachtungen. Aber, und vielleicht noch überzeugender, hofft das Team, dass weitere Fortschritte in dieser Forschungsrichtung mehr bewirken werden, als in ein schwarzes Loch zu blicken und zu erschließen, was Physikerseit den Tagen von Einstein geträumt haben: eine einheitliche Theorie der Physik.