身体的

空间谨慎吗?

在芝加哥州芝加哥区附近建设的设备将试图突出基本规模以时空的谨慎性质。如果经验成功,物理法则将是重写。

迈克尔·莫勒 对于Science N°416
本文保留用于科学用户

世界是否模糊了?这不是一个比喻。对于Craig Hogan,芝加哥大学的粒子物理学家和伊利诺伊州的Astroparticles的Fermilab中心主任,如果我们设法观察空间和时间的最小细分,我们会发现一个永久性沸腾的宇宙,一个不断的波动嗡嗡声。这种搅拌不是迄今为止所想象的和消失的颗粒或其他类型的“量子苔藓”。这种噪音是不连续空间的标记,而不是作为颗粒舞的井滑的底布,相反,由小不可缩小的作品组成:谨慎的宇宙。

在最小的尺度上,普朗克萨克秤(10–35 米),物理学的两个支柱 XX. e 世纪,量子理论和一般相对论,似乎是不可调和的。它与物理学家开发了几十年的相同规模,就信息而言,这是对0和1.根据这个所谓的全息理论,C是信息,无关紧要,能源是宇宙的本质。此信息出现了宇宙。

C. Hogan承诺考验空间的谨慎性质是否是现实。因此,它设计了一种体验,探索最基本的尺度的空间内在蠕动。

它的设备绰号核仪在Fermilab校园内安装了极其精确的干涉仪。它握在一个简单的掩体和厚厚的管中,如拳头,其中激光束将在仓库之间短超过40米,折扣。

这并不确定这一经历提供令人满意的结果。它是一个潜水进入未知的,其谦虚是手段切片与当前颗粒的物理学。

科学家在20世纪60年代和1970年开发了一个今天是一个理论建筑,称为标准模型的粒子物理学。在以下几十年中,经验更详细地测试了它。理论家提出了一个想法,例如Higgs Boson,其在模型中混凝土;该模型提供预测,体验矛盾或确认它们。该理论在经验之前。

如果存在这个方案,它是有充分原因的:粒子物理实验的物理成本可怕的昂贵。这 LHC, 乌格兰·撞机 c 在日内瓦附近,成本数十亿欧元及其开发占据了来自世界各地的数千家物理学家。这是有史以来最复杂的机器。科学家们想知道下一代粒子侵占机(有能量,尺寸和成本更高)对于人类来说不会过于昂贵。

在Fermilab,C. Hogan聚集的团队包括大约20名成员,包括在该网站上没有参加日常工作的辅导员。 C. Hogan是一个物理学理论家的原产地,习惯于真空泵和固体激光器的批发。这就是为什么他命名为koreSponsable Aaron Chou,这是一个费尔米尔实验者。 2011年,该项目收到了二百万美元的资金,几乎只有一个超导磁铁的价格 LHC. !

Michelson和Morley的经验现代版本

如果小酷计是如此便宜,这对于大多数情况来说,它是一个现代版的迈克尔森和莫利着名的体验,摧毁了我们在结尾处有空间和时间的愿景 XIX. e 世纪。物理学家然后知道光的表现得像波浪一样。现在,从池塘表面上的阴影到空中蔓延的声音,所有的波浪似乎都有一些特征。特别是,它们仍然需要物理基质以确保它们的涂抹。光线是波浪,它必须存在传播环境,沐浴宇宙的不可见物质:科学家称为以太。

1887年,Albert Michelson和Edward Morley开发了一种旨在突出以太的经验。源的光沿着两个垂直臂的整个长度传播,由放置在其端部的镜子反射,并重新结合起始点。如果行驶时间与另一个臂的不同之处不同,如果仅发生一部分微秒,发生破坏性干扰并且重组光不太亮。迈克尔森和莫利仔细检查了他们的设备的光干扰几个月。根据阳光周围的地球运动的方向,相对于醚的相对运动必须在一个或另一个臂中改变光的路径时间。

但是,这种经验没有测量任何这种情况,并强加了光线以相同的速度传播的结论,无论是什么方向和源或观察者的移动。几年后,爱因斯坦抓住了这一基本理念,以发展限制的相对论理论,然后是一般的。

C. Hogan的经验也依赖于干涉仪,更详细地尝试突出一个假设的不可见的空间背景,这回顾了以太的想法。使用彼此相邻的两个干涉仪,它计算宇宙的最小规模,信息作为比特的信息。

超越普朗克萨克规模

普朗克的长度不仅仅是小,这是最小的。在较小的体积中巩固的质量对应于少于量的能量,这是不可能的。

普朗克规模比一般相对论理论和量子理论绊倒的方式更多。几十年来,就黑洞的性质辩论已经出现了对普朗克规模的新理解。宇宙的本质将是信息,其构成位将在庞大的空间框架中编码。

根据物理学的基本原则,信息永远不会消失。它可以改变形状,模糊,混合,但它仍然存在于基本级别。即使这个杂志已经减少到回收工厂,也会在另一种形式中重新组织的信息,但未删除。在理论上,该过程可以逆转 - 单词和图像可以从纸浆中重构 - 即使在实践中,似乎是不可能的。物理学家从熵转换出来,这可以测量与系统的宏观状态兼容的微观配置的数量,只能随着时间的推移而增长。

所有物理学家都同意这一原则,除了特定案例之外:由黑洞吞没的信息会发生什么?实际上,没有什么,甚至没有光,不能从黑洞中出现。更糟糕的是,斯蒂芬·霍克在1975年表明,黑洞不是不可变的:它们通过发出热辐射而失去能量,“蒸发”如此缓慢直至消失。他们所包含的信息将永远丧失(霍金辐射没有结构,不能恢复黑洞中包含的信息)!总之,根据S. Hawking的说法,进入黑洞的信息是不可用的。

对于Leonard Susskind,Stanford大学和Gerard'thooft,从Utrecht大学到荷兰,S. Hawking所提出的信息的消失悖论是不可接受的。

在以下几十年中,这种分歧LED物理学家今天开发一个名为全息原则的理论。根据这一原理,当物体落入黑洞时,材料永久丢失,但它带来的信息以一种方式,以一种方式保存到黑洞的表面 - 更精确地达到事件的地平线,无返回的虚拟表面,下面的光不能再回来。因此,事件的地平线从一个大型档案书翻了一番。信息不会丢失。

黑洞表面上的信息位

在20世纪80年代,锡拉丘兹大学拉斐尔索尔宾(Raphael Sorkin)表明,黑洞的基本熵是他测量地平线的四分之一,单位等于普朗克地区。换句话说,在黑洞的地平线上,侧面测量两个长度普朗克的每个小平方包含一点信息。因此,直径厘米的黑洞 - 或相当,其表面 - 含有10个66 信息位。这是基本熵,以最基本的规模测量空间的微观状态。这些信息或自由度的性质仍然不知道这一天缺乏完整的量子引力理论。

这种设计的设计,空间区域中的信息取决于其表面而不是其体积不仅仅是解决黑洞信息的悖论的技巧。 L. Susskind和G.'t ooft在1993年将这个想法扩展到整个宇宙。根据全息原则,如全息图,如全息图,它在二维胶片上记录三维图像,所有关于三维宇宙的信息在我们周围将被编码在二维表面上(仍然确定)。

从那时起,已经表明,这个原理对于一些时空模型有效。例如,阿根廷物理学家Juan Maldacena成立于1997年,在五维抗静工空间中的超级位理论相当于该时空边界的田间的量子理论。

1999年和2000年,Raphael Bousso,现在在加州大学在伯克利,提出了将其扩展到大量情况的全息原则的解释。想象一下凹面,就像球体的内表面一样,衬有无限的闪光。这些都是同时触发的,形成蔓延到中心的光波前。它在这个二维表面上,“光的叶子”,存储在球体内部和由波前遇到的对象的所有信息(参见盒子页面CI -Anainst)。

时空是信息量级的副产品

根据全息原则,这片光叶片包含有关颗粒位置的信息,并且在球体内部施加在它们上的力。但这不是一个简单的电影,记录了宇宙三维区域发生的事情。相反,光的叶子是第一个。 IT项目在世界上含有的信息,显示我们看到的整个三维宇宙。空间时间,以及材料施加的空间,是全息表面编码信息位的副产物。

因此,全息原理建议信息,时空,物质和重力之间的深度联系。在这意义上可以揭示发展完全量子的引力理论,这将涵盖相对论和量子物理学。

即使全息原则是正确的,问题仍然存在。编码的信息是什么形式?如何治疗我们观察到的宇宙?对于一些物理学家来说,宇宙是一个电脑处理信息,以提出我们认为是物质现实的信息。但这台电脑是一个黑匣子的那一刻。

C. Hogan不寻求解决这些复杂问题。它只建议确定在基本级别,空间是否分解为信息单位。在大多数解释中,从宇宙的全息描述中出现的空间时间是本质上的量子,也就是说它是谨慎和波动的。

更具体地,在该量子时间出现的情况下,对象的位置未精确定义。它不是通常的量子不确定性,即人们可以同时知道粒子的确切位置和速度,但内在的不确定性:点的经典概念,具有明确定义的坐标,没有意义。

而是基于法国数学家Alain Connes的“非换向几何”,C. Hogan提出了一个新的位置概念。根据这个想法,物体的位置由不切换的操作员测量;换句话说,根据方向Y在方向X中的位置测量位置,从根据方向y进行的测量,给出不同的结果,然后根据方向X.因此,存在几何性质的基本不确定性,就世界上的空间时间中的位置而言。

因此,在Plack级,空间时间通过永久跳跃搅拌,物体连续波动的精确位置。宇宙与经典的乙醚,透明,晶体相似:其纹理正在移动。

但是如何走向这个纹理并突出显示它?普朗克规模如此之小,以便在粒子加速器中达到粒子加速度 - 在无限体积中集中巨大的能量 - 在土地规模中根本不可能。 Hogan Holometer的目的是攻击普华的侧翼。

Michelson和Morley干涉仪试图通过比较具有相当大的距离的两个光束来测量由于地球周围的地球周围的光速的微小变化。实际上,由于传播速度的假设变化导致的延迟被距离累积并且变得可测量。

对于C. hogan提出的位置的量子不确定性,这也是如此。它在光线路径处引起横向的位置上的Plack尺度误差。沿着宏观距离的旅程累积此错误。如果它不会在空隙中改变光的光照,那么它就会表现出光与材料相互作用的地方。然后,效果显示为相对于传统位置垂直于传播方向的一种位移,其时间尺度和依赖于系统大小的幅度。

C. Hogan计算出由该不确定性导致的空间时间或全息噪声产生的信号必须具有静止计的顺序的幅度(10–18 仪表)在几十微秒的时间等级上。它非常小,但原则上是最准确的干涉仪。

放大镜中时空的课程

因此,主计是基于类似于Michelson和Morley的经验的原则,不同之处在于后者没有激光和精密电子器件。激光束被送到梁分离器,该光束分离器将光线分成一半,并沿着垂直于40米的两个臂发送每个半横梁。每个光束在相应臂的末端处由镜子反射,返回到分离器并用具有移动另一臂的光束重新组合。但是由于位置上的小偏移,而不是测量由于地球的运动导致的行程时间变化来测量光束的轨迹长度的可能变化,归属于量子的量子框架归属于量子框架。时空。

更具体地,它表明全息噪声导致光束分离器的位置的小不确定性(但不在臂的端子镜上)。在光线沿着臂中进行往复运动时,光束分离器在其位置进行小变化,使得反射光束的路径略微伸长或快捷,因此干燥和输出信号的变化(请参阅第27页的框)。

然而,许多因素,例如与建筑物不远的电机漫游,或者摇晃后者的强风,可能导致梁分离器的位移。如何确保测量的噪声是时空谨慎空间的表现?

类似的问题已经降落在另一种干涉测量体验中, 利奥 (激光干涉仪重力波观察者)。 利奥 旨在突出引力波,通过巨大恒星的运动导致通用相对性预测的时空帧的扰动。 利奥 拥有两种巨大的双干涉仪,一个位于路易斯安那州,另一个在华盛顿州。不幸的是,引力波使装置以与其他平庸现象相同的频率振动,例如卡车在附近的通过。因此必须仔细孤立检测器。

幸运的是,对于C. Hogan来说,它寻求突出显示的动作更快:空间应该以Megahertz订单的特征频率缩小。因此,可能干扰的唯一来源是以相同频率发射的局部收音机,易于识别的信号。根据Stephan Meyer,在芝加哥大学的物理学家工作,他们在唱机上工作,在这种频率下的信号的表现将确认全息噪声的存在。

C. Hogan的小计会使难度的结果提供毋庸置疑吗?如果是这样,理论上的解释可以给他们给他们什么? C. Hogan对这些问题没有答案。但根据他,该装置的目的是提供明天的理论家的奇怪数据,这将要说一点,就像在开始的时候 XXI. e 世纪,某些经验的神秘成果已经迫使理论家发明量子力学来解释它们。有时解除理论情况,经验就足够了。

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