Ce se afla in interiorul unei gauri negre. Fizicienii au folosit calculul cuantic
Ce se afla in interiorul unei gauri negre? Fizicianul american Enrico Rinaldi, impreuna cu echipa sa de la Universitatea din Michigan, au folosit calculul cuantic pentru a descrie ceea ce se crede ca exista interiorul unei gauri negre, potrivit thebrighterside.news.
Oamenii de stiinta s-au bazat pe principiul holografic, care sugereaza ca cele doua teorii existente – particulele si gravitatia – sunt echivalente. Complexitatea consta in faptul ca sunt construite in dimensiuni diferite.
Ambele teorii explica diferite dimensiuni, dar difera ca numar de dimensiuni pe care le descriu. De exemplu, gravitatia exista in trei dimensiuni in interiorul geometriei unei gauri negre, dar fizica particulelor traieste in doua dimensiuni pe suprafata sa – un disc plat.
Sa luam in considerare gaura neagra, care, datorita masei sale uriase, deformeaza spatiul si timpul. Gravitatia gaurii negre, care exista in trei dimensiuni, se conecteaza matematic cu particulele care se misca deasupra ei, si care exista in doua dimensiuni. Ca rezultat, o gaura neagra exista in spatiul tridimensional, dar este perceputa ca o proiectie a particulelor.
Unii oameni de stiinta sustin ca intregul nostru univers este o reprezentare holografica a particulelor, iar acest lucru ar putea duce la o explicatie cuantica unitara a gravitatiei.
„In teoria relativitatii a lui Einstein, nu exista particule, exista doar spatiu-timp. Si in modelul standard al fizicii particulelor, nu exista gravitatie, exista doar particule”, spune Enrico Rinaldi. „Conectarea celor doua teorii diferite este o problema de lunga durata in fizica – ceva ce oamenii au incercat sa faca inca din secolul trecut.”
Rinaldi si colegii sai au folosit doua modele matriciale care sunt suficient de simplu de rezolvat folosind metode traditionale, dar au toate proprietatile unor modele matriciale mai dificile utilizate pentru a descrie gaurile negre prin dualitatea holografica.
„Speram ca prin intelegerea proprietatilor acestei teorii a particulelor prin experimente numerice, vom intelege ceva despre gravitatie”, adauga Rinaldi. „Din pacate, nu este inca usor sa rezolvam teoriile particulelor. Si acolo ne pot ajuta computerele.”
Aceste modele de matrice sunt numere care reprezinta obiecte in teoria corzilor, care este un cadru in care sirurile unidimensionale reprezinta particule in teoria particulelor. Cercetatorii urmaresc sa determine aranjamentul precis al particulelor in sistem care reprezinta starea cu cea mai scazuta energie a sistemului, numita starea fundamentala, atunci cand rezolva modele matrice ca acestea. Nimic nu se intampla cu sistemul in starea sa naturala decat daca ii adaugi ceva care sa-l deranjeze.
„Este foarte important sa intelegem cum arata aceasta stare fundamentala, pentru ca apoi putem crea lucruri din ea”, spune Rinaldi. „Deci, pentru un material, cunoasterea starii fundamentale este ca si cum am sti, de exemplu, daca este un conductor, sau daca este un superconductor, sau daca este cu adevarat puternic, sau daca este slab. Dar gasirea acestei stari fundamentale printre toate starile posibile este o sarcina destul de dificila. De aceea folosim aceste metode numerice.”
„Sa zicem ca numerele modelelor matriceale sunt graunte de nisip, explica Rinaldi. Cand nisipul este nivelat, aceasta este starea de baza a modelului. Cu toate acestea, daca nisipul are ondulatii, trebuie sa gasim un mijloc de a le netezi”, a spus el.
Pentru a gasi o solutie, cercetatorii au apelat la circuitele cuantice. Circuitele cuantice sunt reprezentate ca fire in acest mod, iar fiecare qubit – bit de informatie cuantica, reprezinta un fir.
Portile, care sunt operatiuni cuantice care definesc modul in care informatiile se vor misca pe fire, sunt plasate deasupra cablurilor.
„Le putem citi ca pe muzica, de la stanga la dreapta”, adauga autorul. „Daca o citim ca pe muzica, practic transformam qubitii de la inceput in ceva nou la fiecare pas. Dar nu stim ce operatiuni ar trebui sa facem pe masura ce inaintam, ce note sa cantam. Procesul de agitare va modifica toate aceste porti pentru a le face sa ia forma corecta, astfel incat la sfarsitul intregului proces, sa ajungem la starea fundamentala. Deci avem toata aceasta muzica si, daca o cantam corect, la sfarsit, avem starea de baza.”
In studiul lui Rinaldi, cercetatorii definesc descrierea matematica a starii cuantice a modelului lor matriceal, numita functie de unda cuantica. Apoi folosesc o retea neuronala speciala pentru a gasi functia de unda a matricei cu cea mai mica energie posibila – starea sa fundamentala. Numerele retelei neuronale trec printr-un proces iterativ de „optimizare” pentru a gasi starea de baza a modelului matriceal, atingand galeata de nisip astfel incat toate grauntele sa fie nivelate.
Cercetatorii au reusit sa gaseasca starea de baza a ambelor modele de matrice pe care le-au examinat, dar circuitele cuantice sunt limitate la un numar mic de qubiti. Hardware-ul cuantic actual poate gestiona doar cateva zeci de qubiti.
„Alte metode pe care le folosesc de obicei oamenii pot gasi energia starii fundamentale, dar nu intreaga structura a functiei de unda”, a spus Rinaldi. „Am aratat cum sa obtinem informatii complete despre starea fundamentala folosind aceste noi tehnologii emergente, computere cuantice si invatare automata.
„Deoarece aceste matrice sunt o reprezentare posibila pentru un tip special de gaura neagra, daca stim cum sunt aranjate matricele si care sunt proprietatile lor, putem sti, de exemplu, cum arata o gaura neagra in interior. Ce este pe orizontul evenimentelor pentru o gaura neagra? De unde vine? Raspunsul la aceste intrebari ar fi un pas catre realizarea unei teorii cuantice a gravitatiei.”
Rezultatele, spune Rinaldi, arata un punct de referinta important pentru lucrarile viitoare privind algoritmii de invatare cuantica si automata pe care cercetatorii ii pot folosi pentru a studia gravitatia cuantica prin ideea de dualitate holografica.
In continuare, Rinaldi lucreaza cu Nori si Hanada pentru a studia modul in care rezultatele acestor algoritmi se pot scala la matrice mai mari, precum si cat de robuste sunt impotriva introducerii efectelor „zgomotoase” sau a interferentelor care pot introduce erori.
