دانشمندان از رایانش کوانتومی سیاهچاله برای درک جهان هولوگرافیک استفاده می کنند - کلوب فارسی

درون یک سیاهچاله چه روی می دهد؟ و آنچه داخل سیاهچاله رخ می دهد چگونه به جهان خارج از آن مرتبط می شود؟ این معمایی است که دانشمندان برای چندین دهه پاسخی برای آن نداشته اند. رازی که می تواند شیوه تفکر ما درباره ماهیت جهان را دوباره تعریف کند.

در مقاله ای که 10 فوریه (21 بهمن) در نشریه پی آرایکس کوانتوم (PRX Quantum) منتشر شد، فیزیکدانان از رایانه های کوانتومی و یادگیری ماشینی، فناوری محاسباتی که هسته نرم افزار تشخیص چهره و پردازش زبان طبیعی است، برای آزمایش اتصال احتمالی استفاده کردند.

سیاهچاله ها بر پایه نظریه نسبیت عام اینشتین که جهان را در مقیاس های بزرگ توصیف می کند، فعالیت می کنند. اما ذرات ریز بیرون سیاهچاله بر اساس قوانین مدل استاندارد فیزیک ذرات عمل می کنند که جهان را در ریزترین مقیاس توصیف می کند.

بین این دو سیستم توصیفی، هم پوشانی اندک و اختلاف زیادی وجود دارد. انریکو رینالدی (Enrico Rinaldi) فیزیکدان دانشگاه میشیگان و مؤسسه تحقیقاتی ریکن (RIKEN) ژاپن و نویسنده ای اصلی این مقاله گفت: ارتباط این دو نظریه متفاوت یک مسأله دیرینه در فیزیک است، چیزی که مردم از قرن گذشته سعی در حل آن داشتند.

یک فرضیه که ممکن است این دو نظریه را به هم مرتبط کند، این ایده است که حرکات ذرات در صفحه دو بعدی بالای سیاهچاله، تقریبا ماند یک طرح هولوگرافیک نمایانگر حرکات سه بعدی سیاهچاله است. مفهومی که با نام دوگانگی هولوگرافیک شناخته می شود.

برای تصور این موضوع، به اثر سیاهچاله فکر کنید که فضا-زمان را به دلیل جرم بسیار زیادش دچار اعوجاج می کند. گرانش سیاهچاله که به صورت سه بعدی وجود دارد، از نظر ریاضی به ذراتی که بالای آن در حرکت هستند، در دو بعد متصل می شود. بنابراین یک سیاهچاله در یک فضای سه بعدی وجود دارد اما ما آن را از طریق حرکت دو بعدی ذرات پیش بینی می کنیم.

بدین ترتیب دوگانگی هولوگرافیک (Holographic Duality) در حقیقت یک حدس ریاضی است که نظریه های ذرات و برهم کنش آن ها را با نظریه گرانش مرتبط می کند. این حدس نشان می دهد که نظریه گرانش و نظریه ذرات از نظر ریاضی معادل هم هستند و آنچه از دید ریاضی در گرانش روی می دهد، در نظریه ذرات هم اتفاق می افتد و برعکس.

پژوهشگران امیدوارند بتوانند این موضوع را آزمایش کنند. ابتدا از یک رایانه کوانتومی برای شبیه سازی ذراتی که نمایانگر یک سیاهچاله هستند، استفاده می کنند و سپس از یادگیری ماشینی برای تجزیه وتحلیل شیوه برهم کنش ذرات با یکدیگر بهره می برند. محققان امیدوارند که این فرآیند به آن ها بینشی درباره تحوه عملکرد ذرات و سیاهچاله ارائه دهد. رینالدی گفت: امیدواریم با درک ویژگی های این نظریه ذره از طریق آزمایش های عددی، چیزی درباره گرانش بفهمیم.

مدل های ماتریس کوانتومی نمایش هایی از نظریه ذرات هستند و با توجه به اینکه دوگانگی هولوگرافیک نشان می دهد از نظر رباضی آنچه در یک سیستم روی می دهد در دیگری هم اثرگذار است، حل چنین ماتریس های کوانتومی می تواند اطلاعاتی را درباره گرانش آشکار کند.

این موضوع از این جهت مهم است که دوگانگی هولوگرافیک می تواند حتی فراتر از سه بعد باشد. برخی از دانشمندان حتی پیشنهاد می کنند که جهان می تواند یک هولوگرام و در حقیقت تصویری از چیزی با ابعاد بیشتر باشد. موضوعی پیچیده به نظر می رسد اما روش تازه می تواند راهی برای دانستن بیشتر درباره آن باشد.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سیاهچاله

Credit: Interstellar/Paramount Pictures

منابع: Space, Futurity