A tudósok adatokat bányásznak a fekete lyukakról, hogy megnézzék, vajon hologramok-e

Kevés olyan hely van az univerzumban, amely annyi kíváncsiságot - és rettegést - keltene, mint egy fekete lyuk belseje. Ezek az extrém objek...

A fizikusok szerint a "kvantumgravitáció" egy holografikus univerzumból is eredhet

Robert Monroe utazásai az asztrális síkon, melyek során intelligens hüllőkkel találkozott

Egy fizikus olyan mesterséges intelligencia algoritmust hozott létre, amely bebizonyíthatja, hogy a valóság egy szimuláció

Kevés olyan hely van az univerzumban, amely annyi kíváncsiságot - és rettegést - keltene, mint egy fekete lyuk belseje. Ezek az extrém objektumok olyan erős gravitációs erőt fejtenek ki, hogy még a fény sem tud kiszabadulni belőlük, ez a tulajdonság a fekete lyukak számos tulajdonságát megmagyarázatlanul hagyja.

Az Enrico Rinaldi, a Michigani Egyetem kutatója által vezetett csapat most kvantumszámítógépet és mély tanulást használ a fekete lyukak bizarr belsejének vizsgálatára a holografikus kettősségnek nevezett elképesztő ötlet keretein belül. Ez az elképzelés azt feltételezi, hogy a fekete lyukak, vagy akár maga az univerzum is hologramok lehetnek.

"Az új technikák nem vizsgálják közvetlenül az univerzum mint holografikus vetület gondolatát," - mondta Rinaldi. "Ha egy fekete lyuk leírható a holografikus kettősséggel, akkor úgy gondoljuk, hogy az egész univerzumunk gravitációja leírható holográfiával."

"Ez az utolsó lépés azonban még intenzív kutatás alatt áll, és nem kapcsolódik közvetlenül az általunk bemutatott technikákhoz," - jegyezte meg. "A mi technikáink bonyolult számításokat tesznek lehetővé, és eszközöket biztosítanak a jövőben annak tesztelésére, hogy a világegyetem egy hologram-e."

Eddig a pontig Rinaldi és munkatársai úgynevezett "mátrixmodelleket" alkalmaztak a gravitáció rejtélyes viselkedésének vizsgálatára kvantumléptékben, amit kvantumgravitációnak neveznek. A kutatók úgy vélik, hogy ezek a számítási technikák a kvantumgravitációs tanulmányok "új svájci bicskájává" válhatnak, derül ki a PRX Quantum folyóiratban nemrég megjelent tanulmányból. (1)

Az új kutatás annak a több évtizedes erőfeszítésnek a legújabb változata, amely a fizika törvényeinek kozmikus és kvantumléptékű vizsgálatát célozza. A csillagok és galaxisok kiterjedt birodalmában a valóságot Einstein általános relativitáselmélete szabályozza, míg az atomok és részecskék parányi világában a tárgyak a kvantummechanika bizarr elvei szerint mozognak. Mivel ez a két rendszer nem jól illeszkedik egymáshoz, a kutatók számos területen keresték a módot arra, hogy egyesítsék őket egy egyesített térelméletbe, amely megmagyarázhatja az univerzumot kis és nagy léptékben egyaránt.

Sok ilyen vita középpontjában a kvantumgravitáció áll, mivel senki sem tudja, hogyan működik a gravitáció a kvantumbirodalomban. A fekete lyukak természetes laboratóriumokká váltak a kvantumgravitációval kapcsolatos elméletek kidolgozásához, mivel az általános relativitáselmélet nem tudja megmagyarázni a gravitációs jelenségek előrejelzését ezeknek a hatalmas objektumoknak a közelében.

"A fekete lyukak olyan titokzatos objektumok, ahol az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika ütközik egymással," - mondta Rinaldi. "A kutatók, köztük Albert Einstein és Steven Hawking a múltban fekete lyukakat tanulmányoztak abban a reményben, hogy létrehozhatják a kvantummechanika szabályaival összhangban lévő gravitációs elméletet, az úgynevezett kvantumgravitációt."

"Úgy véljük, hogy egy ilyen elmélet képes megmagyarázni, mi történik a részecskékkel, amikor belépnek egy fekete lyukba, és hogyan alakul át az információ, amikor egy fekete lyuk (vagy egy féreglyuk) közelében vannak," - folytatta.

"Ambíciózusabb cél annak megértése, hogy a tér és az idő meghajlása egy fekete lyuk közelében matematikailag hogyan jön létre alapvetőbb objektumokból, például húrokból és részecskékből (mint a húrelméletben)."

Ennek a kutatásnak az egyik különös buktatója az az elképzelés, hogy a fekete lyukak háromdimenziós objektumok kétdimenziós holografikus vetületei. Más szavakkal, a fekete lyukak olyan optikai csalódások lehetnek, mint a hologramok, amelyek 3D-s képet hoznak létre egy 2D-s felületen.

Ez részben hasznos módja a fekete lyukakról való gondolkodásnak, mivel a dimenzió kivonása leegyszerűsíti a gravitáció kvantumtérelméletébe való beillesztésére irányuló kísérleteket. Sőt, felveti annak a vad lehetőségét is, hogy az egész univerzumunk szintén két dimenzióban létezik egy háromdimenziós tér holografikus vetületeként.

Míg az új tanulmány nem vizsgálja azt az elképzelést, hogy az univerzum hologram, Rinaldi csapata mátrix modelleket futtatott, hogy tesztelje a "holografikus kettősség" néven ismert koncepció határait, amely új kapcsolatokat hozhat létre az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika között.

A csapatnak sikerült modelleznie a részecskék legalacsonyabb energiájú állapotát egy numerikus rendszerben, az úgynevezett alapállapotot, amely lényegében stabil kiindulópontot hoz létre a jövőbeni vizsgálatok számára, amelyek a rendszer több tulajdonságát is magukban foglalják, például a részecskék alapállapotú konfigurációját fekete lyukak körül.

"Az alapállapot egy minimális energiájú rendszer konfigurációja," - mondta Rinaldi. "Más szabványos technikák képesek megtalálni ezt az energiát anélkül, hogy tudnák, mi a konfiguráció, miközben fontos ismerni magát a konfigurációt is, hogy az energián kívül más tulajdonságokat is tanulmányozhassunk."

"Az energiára összpontosítunk, mert az általunk alkalmazott új technikákat az ismert eredményekhez kell viszonyítani, mielőtt felhasználnák őket a kutatási program következő lépéseiben," - folytatta.

"Ez az oka annak, hogy az energia fontos a tanulmányunkban. Ne feledjük, hogy a jövőben nem az energia lesz a legfontosabb szempont, hanem az alapállapot konfigurációja, mert információkat kódol a téridőről."

Ily módon az új kutatás technikákat fejleszt a fekete lyukak és magának az univerzumnak a feltárására. A tanulmány szerint az eredmény "nagyon ígéretes, amelyet most először mutatnak be". Rinaldi és munkatársai azt tervezik, hogy felfedezéseikre építve még összetettebb modelleket dolgoznak ki, amelyek jobban szimulálják a valós kísérletekben és a természetben fellelhető jelenségeket.

"Érdekel a kvantumalgoritmusok és a gépi tanulási modellek magasabb szintre emelése, például azáltal, hogy megvizsgálom, hogyan viselkednek más, valósághűbb beállítások mellett (csak két példát vizsgáltunk, és mindkettőt 'ideális' körülmények között készítettük az úttörő munkánk során)," - mondta Rinaldi.

"Az egyik példa arra, hogy meglévő kvantumszámítógépeket használjunk arra, hogy eredményeket adjunk a minket érdeklő alapállapothoz: ellentétben azzal, amit a cikkben tettünk, ahol egy ideális kvantumalgoritmust emuláltunk, de a valódi kvantumhardvert 'zaj' éri, ami befolyásolja a végső választ," - folytatta. "Meg kell értenünk, hogy ez mennyire befolyásolja a választ, és meg kell találnunk a legjobb technikákat ezen lehetséges hibák enyhítésére."

Bár még nem lehet szó szerint bekukucskálni egy fekete lyuk belsejébe, a tanulmány új matematikai ablakokat nyit ezekre a lenyűgöző objektumokra és az őket irányító ismeretlen fizikára. (2)

(1) - https://journals.aps.org/prxquantum/
(2) - https://www.vice.com/en/article/n7