Теория всего? Как пространство-время строится за счет квантовой запутанности

Физики и математики давно искали теорию всего (ToE), объединяющую общую теорию относительности и квантовую механику. Общая теория относительности объясняет гравитацию и крупномасштабные явления, такие как динамика звезд и галактик во Вселенной, а квантовая механика объясняет микроскопические явления от субатомных до молекулярных масштабов.Голографический принцип широко считается важной чертой успешной теории всего.

Голографический принцип гласит, что гравитация в трехмерном объеме может быть описана квантовой механикой на двумерной поверхности, окружающей этот объем. В частности, три измерения объема должны возникать из двух измерений поверхности.

Однако понимание точной механики появления объема с поверхности было трудным.Документ, в котором объявляется об открытии Хироси Оогури, главного исследователя ИПМУ Кавли Токийского университета, математика из Калифорнийского технологического института Матильды Марколли и аспирантов Дженнифер Лин и Богдана Стойка, будет опубликован в Physical Review Letters в качестве предложения редакции. интерес к представленным результатам и к успеху статьи в донесении своей идеи, в частности, до читателей из других областей ».Теперь Оогури и его сотрудники обнаружили, что квантовая запутанность является ключом к решению этого вопроса. Используя квантовую теорию (которая не включает гравитацию), они показали, как вычислить плотность энергии, которая является источником гравитационных взаимодействий в трех измерениях, используя данные о квантовой запутанности на поверхности.

Это аналогично диагностике состояний внутри вашего тела по рентгеновским изображениям на двухмерных листах. Это позволило им интерпретировать универсальные свойства квантовой запутанности как условия плотности энергии, которым должна удовлетворять любая последовательная квантовая теория гравитации, без фактического включения гравитации в теорию. Важность квантовой запутанности высказывалась и раньше, но ее точная роль в возникновении пространства-времени не была ясна до новой статьи Оогури и соавторов.Квантовая запутанность — это явление, при котором квантовые состояния, такие как спин или поляризация частиц в разных местах, не могут быть описаны независимо.

Измерение (и, следовательно, воздействие на одну частицу) должно также воздействовать на другую, что Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии». Работа Оогури и его сотрудников показывает, что эта квантовая запутанность порождает дополнительные измерения теории гравитации.«Было известно, что квантовая запутанность связана с глубокими проблемами в объединении общей теории относительности и квантовой механики, такими как парадокс информации о черной дыре и парадокс межсетевого экрана», — говорит Хироси Оогури. «Наша статья проливает новый свет на связь между квантовой запутанностью и микроскопической структурой пространства-времени с помощью явных вычислений.

Взаимодействие между квантовой гравитацией и информатикой становится все более важным для обеих областей. Я сам сотрудничаю с информатиками, чтобы продолжить эту линию дальнейшие исследования ".

Портал обо всем