رمزگشایی رازهای گرانش کوانتومی با فناوری نوین

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ یک تیم تحقیقاتی روش‌هایی برای مدل‌سازی نظریه‌ای مرکزی در گرانش کوانتومی در آزمایشگاه توسعه داده‌اند. هدف آنها رمزگشایی پدیده‌های ناشناخته در دنیای کوانتومی است.

درک گرانش کوانتومی

گرانش دیگر برای فیزیکدانان معما نیست، حداقل در مقیاس‌های بزرگ: به لطف علم، ما می‌توانیم مدار‌های سیارات را محاسبه کنیم، جزر و مد‌ها را پیش‌بینی کنیم و موشک‌ها را با دقت به فضا پرتاب کنیم. با این حال، توصیف نظری گرانش در سطح کوچک‌ترین ذرات، به اصطلاح سطح کوانتومی، به محدودیت‌هایی می‌رسد.

یوهانا اردمنگر، رئیس فیزیک نظری III در دانشگاه وورزبورگ (JMU) در بایرن، آلمان، گفت: «برای توضیح انفجار بزرگ یا درون سیاه‌چاله‌ها، ما باید خواص کوانتومی گرانش را درک کنیم. در انرژی‌های بسیار بالا، قوانین کلاسیک گرانش ناکارآمد می‌شوند. بنابراین، هدف ما کمک به توسعه نظریه‌های جدیدی است که بتوانند گرانش را در تمام مقیاس‌ها، از جمله در سطح کوانتومی، توضیح دهند.»

نقش هم‌تنیدگی AdS/CFT در گرانش کوانتومی

هم‌تنیدگی "AdS/CFT" که یک نظریه مرکزی در گرانش کوانتومی است، نقش مهمی در توسعه مدل‌های جدید دارد. این نظریه بیان می‌کند که نظریه‌های گرانشی پیچیده در یک فضای با بعد بالا می‌توانند با نظریه‌های کوانتومی ساده‌تر در مرز آن فضا توصیف شوند.

اردمنگر توضیح داد: «این ابتدا ممکن است بسیار پیچیده به نظر برسد، اما توضیح آن آسان است. هم‌تنیدگی AdS/CFT به ما اجازه می‌دهد تا فرآیند‌های گرانشی دشوار، مانند آنهایی که در جهان کوانتومی وجود دارند، را با استفاده از مدل‌های ریاضی ساده‌تر درک کنیم. در قلب این نظریه، فضایی خمیده وجود دارد که می‌توان آن را مانند یک قیف تصور کرد. این هم‌تنیدگی بیان می‌کند که دینامیک کوانتومی در لبه قیف باید با دینامیک پیچیده‌تر درون آن هم‌خوانی داشته باشد، مشابه یک هولوگرام بر روی یک اسکناس که تصویری سه‌بعدی ایجاد می‌کند، حتی اگر فقط دو بعدی باشد.»

رویکرد‌های تجربی به گرانش کوانتومی

اردمنگر و تیمش اکنون روشی را برای آزمایش پیش‌بینی‌های هم‌تنیدگی AdS/CFT، که هنوز تأیید نشده است، توسعه داده‌اند: یک مدار برقی شاخه‌دار برای شبیه‌سازی فضای خمیده استفاده می‌شود، سیگنال‌های الکتریکی در نقاط مختلف این مدار معادل دینامیک‌های گرانشی خواهد بود که در نقاط مختلف فضا-زمان وجود دارند. محاسبات نظری تیم تحقیقاتی نشان می‌دهد که در مدار پیشنهادی، دینامیک‌ها در لبه فضای شبیه‌سازی‌شده نیز با دینامیک‌های درون آن مطابقت دارد و به این ترتیب، یک پیش‌بینی مرکزی هم‌تنیدگی AdS/CFT می‌تواند توسط مدار تحقق یابد.

پیشرفت فناوری از طریق آزمایشات کوانتومی

به عنوان گام بعدی، تیم تحقیقاتی وورزبورگ قصد دارد تنظیمات تجربی توصیف‌شده در مطالعه را به مرحله اجرا درآورد. علاوه بر پیشرفت‌های قابل توجه در پژوهش گرانشی، این می‌تواند به نوآوری‌های فناوری نیز منجر شود.

اردمنگر گفت: «مدار‌های ما همچنین برنامه‌های فناوری جدیدی را باز می‌کنند. بر اساس فناوری کوانتومی، انتظار می‌رود که آنها سیگنال‌های الکتریکی را با از دست دادن کمتر منتقل کنند، زیرا خمیدگی شبیه‌سازی‌شده فضا، سیگنال‌ها را جمع می‌کند و تثبیت می‌کند. این می‌تواند یک پیشرفت برای انتقال سیگنال در شبکه‌های عصبی مورد استفاده در هوش مصنوعی باشد.»

این تحقیق با همکاری دانشگاه آلبرتا، کانادا، مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک سیستم‌های پیچیده در درسدن، آلمان، دانشگاه آلاباما در توزکالو، ایالات متحده، و کرسی فیزیک نظری در دانشگاه وورزبورگ، آلمان انجام شده است.

انتهای پیام/