物理学者は、空間と時間の構造は、未知のパターンに従って量子の糸を縫い合わせた創発的であると広く信じています。そして 22 年間、彼らは創発的な時空がどのように機能するかについてのおもちゃのモデルを持っていました。その発見者であるフアン・マルダセナが説明したように、理論的な「ボトルの中の宇宙」です。
ボトルの内側の領域を満たす時空 — 曲がったり波打ったりして重力と呼ばれる力を生み出す連続体 — は、ボトルの無重力の硬い表面に存在する量子粒子のネットワークに正確にマッピングされます。内部の「宇宙」は、ホログラムのように低次元の境界系から投影されます。 Maldacena によるこのホログラムの発見は、物理学者に重力の量子論の実例をもたらしました。
しかし、それは必ずしもおもちゃの宇宙が時空と重力が私たちの宇宙でどのように現れるかを示しているという意味ではありません.ボトルの内部は、鞍のように負に湾曲したアンチ・ド・シッター (AdS) 空間と呼ばれるエシェレスクなダイナミックな場所です。サドルのさまざまな方向は反対方向に曲がり、一方の方向は上に曲がり、もう一方の方向は下に曲がります。曲線は、中心から遠ざかるにつれて垂直になる傾向があり、最終的に AdS 空間に外側の境界 (量子粒子が相互作用して内部にホログラフィック ユニバースを作成できる表面) を与えます。しかし、実際には、無限に膨張する球の表面に似た、正に湾曲した「de Sitter (dS) 空間」に私たちは住んでいます。
1997 年に Maldacena が AdS/CFT 対応 (AdS 空間と、その空間の境界での量子相互作用を記述する「等角場理論」との間の双対性) を発見して以来、物理学者は、そうでない私たちのような時空領域の類似した記述を求めてきました。びん詰め。私たちの宇宙の唯一の「境界」は、無限の未来です。しかし、無限の未来に存在する量子粒子からホログラムを投影することの概念的な難しさは、実際の時空をホログラフィックに記述する努力を長い間妨げてきました.
しかし昨年、3 人の物理学者が de Sitter 空間のホログラムに向けて前進しました。 AdS/CFT 対応と同様に、彼らもおもちゃのモデルですが、その構築の原理の一部は、より現実的な時空ホログラムに拡張される可能性があります。この研究を主導したカリフォルニア大学サンタバーバラ校の Xi Dong 氏は、新しいモデルが「de Sitter [宇宙] における量子重力の統一されたフレームワーク」の一部であるという「興味をそそる証拠」があると述べています。
ドンと共著者であるスタンフォード大学の Eva Silverstein とアルゼンチンのバリローチェ原子センターの Gonzalo Torroba は、2 つの AdS 宇宙を切り取り、それらを変形させ、それらの境界を接着することにより、dS 空間のホログラムを構築しました。
切断は、問題のある無限に対処するために必要です。つまり、AdS 空間の境界がその中心から無限に離れているという事実です。 (光線がサドルのカーブを無限に進み、端に到達する様子を想像してください。) Dong と共著者は、大きな半径で時空領域を切り取ることによって、AdS 空間を有限にしました。これは、トリックを考案した物理学者リサ・ランドールとラマン・サンドラムにちなんで、「ランドール・サンドラム・スロート」として知られるものを生み出しました。この空間は、その境界に存在する CFT によってまだ近似されていますが、境界は現在、有限の距離にあります。
次に、Dong と共著者は、これらの理論的な Randall-Sundrum スロートの 2 つに弦理論の要素を追加して、それらにエネルギーを与え、正の曲率を与えました。 「隆起」と呼ばれるこの手順により、2 つの鞍型の AdS スペースがボウル型の dS スペースに変わりました。物理学者は、2 つのボウルを縁に沿って「接着」します。両方の半球を記述する CFT は互いに結合され、球状の de Sitter 空間全体に対してホログラフィックに二重である単一の量子システムを形成します。
「結果として得られる時空には境界がありませんが、構造上、2 つの CFT に対応しています」とドン氏は言います。 2 つの CFT が存在する de Sitter 空間の赤道自体が de Sitter 空間であるため、この構築は「dS/dS 対応」と呼ばれます。
Silverstein は 2004 年に 3 人の共著者と共にこの基本的なアイデアを提案しましたが、新しい理論ツールにより、彼女、Dong および Torroba は dS/dS ホログラムをより詳細に研究し、重要な一貫性チェックに合格することを示しました。昨年夏に発表された論文で、エンタングルメント エントロピー (赤道上に存在する結合された CFT に保存されている情報の量の尺度) が、対応するド シッター空間の球状領域の既知のエントロピー式と一致することを計算しました。
彼らと他の研究者は、コンピューター サイエンスのツールを使用して、de Sitter ホログラムをさらに調査しています。最近の Quanta で説明したように 論文によると、物理学者はここ数年で、AdS/CFT 対応が「量子誤り訂正コード」とまったく同じように機能することを発見しました。これは、量子コンピューターであれ CFT であれ、不安定な量子システムで情報を安全にエンコードするためのスキームです。量子エラー訂正は、壊れやすい量子粒子から織り成されているにもかかわらず、時空の創発的なファブリックがその堅牢性を達成する方法かもしれません.
AdS/CFT と量子誤り訂正の関係を発見したチームの一員である Dong は、次のように述べています。 」ド シッター時空に関するこの新しい視点が正しいことを証明する実験的証拠の望みはほとんどありませんが、Dong によれば、「ピースがぴったり合い始めたら、正しい軌道に乗っていることを本能的に知ることができます」。
スタンフォード大学の理論物理学者でコンピューター科学者であり、AdS/CFT 対応とその量子誤り訂正との関係を研究している Patrick Hayden 氏は、彼と他の専門家が Dong、Silverstein、および Torroba の dS/dS モデルについて熟考していると述べました。彼は、時空がどのように織り込まれ、AdS 空間で量子重力がどのように機能するかについての洞察が de Sitter モデルに引き継がれるかどうかを判断するのは時期尚早だと述べました。 「しかし、道はあります — やるべきことがあります」とヘイデンは言いました。 「具体的な数学的問題を定式化できます。今後数年間で多くのことが起こると思います。」
この記事はに転載されました Wired.com .
