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量子重力の時間問題


量子力学と一般相対性理論を包括的な量子重力理論に統一しようと努力している理論物理学者は、いわゆる「時間の問題」に直面しています。

量子力学では、時間は普遍的で絶対的です。その安定したティックは、粒子間の進化するもつれを決定します。しかし、一般相対性理論 (アルバート アインシュタインの重力理論) では、時間は相対的で動的であり、方向 x と密接に織り合わされた次元です。 、はいz 4次元の「時空」ファブリックに。布地は物質の重さでゆがみ、近くにあるものを布地に向かって落下させ (これが重力です)、遠く離れた時計に比べて時間の経過を遅らせます。または、ロケットに飛び乗り、重力ではなく燃料を使用して宇宙を加速し、時間が遅れます。あなたは家にいた人よりも年を取りません。

量子力学と一般相対性理論を統一するには、絶対時間と相対時間の概念を調和させる必要があります。最近、量子重力に関する有望な爆発的な研究により、和解がどのように見えるかの概要と、時間の本質に関する洞察が得られました。

ダークマターを説明する新しい理論的試みに関する今週の記事で説明したように、多くの主要な物理学者は現在、時空と重力を「創発的な」現象と見なしています。曲がった曲がりくねった時空とその中の物質はホログラムです。これは、コンピューター ゲームの 3 次元環境がシリコン チップ上の従来のビットにエンコードされているのと同じように、絡み合ったキュービット (情報の量子ビット) のネットワークから発生します。ブリティッシュ コロンビア大学の理論物理学者 Mark Van Raamsdonk は次のように述べています。

研究者は、「アンチ デ シッター」(AdS) 空間として知られる魚眼時空幾何学を持つおもちゃの宇宙でホログラムがどのように発生するかを示す数学を計算しました。これらのゆがんだ世界では、中心から離れるにつれて、空間の増分がどんどん短くなります。最終的に、中心から伸びる空間次元は縮小して無に帰し、境界に到達します。この境界の存在は、内部の時空間、つまり「バルク」よりも空間次元が 1 つ少ないため、ホログラムを内部に投影するエンタングルされたキュービットをモデル化するための厳密なステージを提供することで、計算を支援します。ハーバード大学とブランダイス大学のブライアン・スウィングル氏は、「バルクの中で、時間は劇的な方法で空間とともに曲がり始めます。 「私たちは、境界上の「スラッジ」の観点からそれを説明する方法を理解しています」と彼は、絡み合った量子ビットに言及して付け加えました.

量子ビットの状態は、あたかもコンピューター コードのステップを実行するかのように、世界時に従って進化し、AdS 空間の大部分でゆがんだ相対論的時間を生じさせます。唯一のことは、それが私たちの宇宙でどのように機能するかということです.

ここでは、時空間ファブリックは「de Sitter」ジオメトリを持ち、遠くを見ると伸びます。ファブリックは、宇宙が AdS 空間の境界とは非常に異なる種類の境界、つまり時間の終わりに到達するまで伸びます。その時点で、「熱死」として知られるイベントでは、時空が非常に伸びて、その中のすべてが因果的に他のすべてから切り離され、信号がそれらの間を移動できなくなります。慣れ親しんだ時間の概念が崩壊します。それ以降、何も起こりません。

私たちの時空間バブルの時代を超越した境界では、量子ビットを結び付けている (そして宇宙の動的内部をエンコードしている) エンタングルメントはおそらく無傷のままです。これらの量子相関は信号を前後に送信する必要がないからです。しかし、量子ビットの状態は静的で、時代を超越している必要があります。この一連の推論は、どういうわけか、AdS 空間の境界にあるキュービットが 1 つの追加の空間次元を持つ内部を生成するように、ド シッター空間の時間のない境界にあるキュービットが時間と共に宇宙を生成する必要があることを示唆しています。特に。研究者は、これらの計算を行う方法をまだ理解していません。 「デ・シッター空間では、時間の出現を理解する方法がよくわかりません。」

1 つの手がかりは、1980 年代にドン ペイジとウィリアム ウーターズによって到達された理論的洞察から得られます。現在アルバータ大学にいるページと現在ウィリアムズ大学にいるウーターズは、全体的に静的な絡み合ったシステムが、その内部の観察者の視点から進化しているように見えるサブシステムを含むことができることを発見しました。 「履歴状態」と呼ばれるこのシステムは、時計と呼ばれるものと絡み合ったサブシステムで構成されています。サブシステムの状態は、時計の時針が 1、2、3 などを指している状態かどうかによって異なります。 「しかし、システム プラス クロックの全体的な状態は時間とともに変化しません」と Swingle 氏は説明します。 "時間がありません。それはただの状態であり、変化することはありません。」言い換えれば、時間はグローバルには存在しませんが、サブシステムには効果的な時間の概念が出現します。

イタリアの研究者チームは、2013 年にこの現象を実験的に実証しました。彼らの研究を要約すると、グループは次のように書いています。他の光子の時間発展を測定する時計。しかし、外部の観察者は、世界的なエンタングル状態が進化していないことを示すことができます。」

他の理論的研究も同様の結論に達しています。粒子の相互作用の結果を説明する振幅面体などの幾何学的パターンも、時代を超越した純粋に数学的なものから現実が生まれることを示唆しています。ただし、増幅面体とホログラフィーが互いにどのように関連しているかはまだ不明です。

要するに、Swingle の言葉を借りれば、「どういうわけか、エンタングルメントを使用して時間を超越した自由度から時間を生み出すことができる」ということです。

時間が経てばわかります。



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