“Ma thuật” lượng tử có thể giúp giải thích nguồn gốc của không thời gian

Một đặc tính lượng tử được gán cho cái mũ “ma thuật” có thể là yếu tố quan trọng để giải thích không gian và thời gian đột sinh như thế nào, một phân tích toán học mới của ba nhà vật lý RIKEN đã đề xuất như vậy.

Bức ảnh lỗ đen của Nhóm hợp tác Chân trời sự kiện (EHT). Nguồn: EHT

Nghiên cứu này được xuất bản trên tạp chí Physical Review D 1.

Thật khó để tìm ra điều gì cơ bản hơn sự đan dệt của không thời gian đang làm nên vũ trụ, nhưng các nhà vật lý lý thuyết đã từng đặt vấn đề với giả định này. “Các nhà vật lý đã bị thu hút về khả năng không gian và thời gian không phải là những đại lượng cơ bản mà còn có thể được gợi suy ra từ những thứ thậm chí còn cơ bản hơn”, Kanato Goto của Bộ phận Các khoa học toán học và lý thuyết liên ngành RIKEN (iTHEMS), nói.

Ý niệm này được thúc đẩy mạnh vào những năm 1990, khi nhà vật lý lý thuyết Juan Maldacena liên kết thuyết tương đối chi phối không thời gian với một lý thuyết có liên quan đến các hạt lượng tử. Cụ thể, ông hình dung ra một không gian giả thuyết – có thể được hình dung ra như khi tiến gần tới những thứ như một hộp xúp vô hạn hoặc “một đại lượng thể tích lớn hơn – nắm giữ những vật thể như các lỗ đen bằng lực hấp dẫn. Maldacena cũng tưởng tượng ra các hạt dịch chuyển trên bề mặt của hộp xúp và được cơ học lượng tử kiểm soát. Ông nhận ra là về mặt toán học, một lý thuyết lượng tử thường được dùng để miêu tả các hạt trên đường biên tương đương với thuyết hấp dẫn miêu tả các lỗ đen và không thời gian bên trong một đơn vị thể tích lớn. “Mối liên hệ này chỉ dấu bản thân không thời gian không tồn tại một cách cơ bản mà đột sinh từ một số bản chất lượng tử”, Goto nói. “Các nhà vật lý đang cố gắng hiểu là đặc tính lượng tử này là yếu tố quan trọng trong quá trình này”.

Ý tưởng ban đầu này xuất phát từ rối lượng tử – sự liên kết các hạt không phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt – là một nhân tố quan trọng: các hạt rối càng nhiều trên đường biên thì không thời gian trong đơn vị thể tích lớn càng trơn mượt. “Nhưng nếu chỉ xem xét mức độ rối trên đường biên thì không thể giải thích được mọi đặc trưng của các lỗ đen, cách phần bên trong của chúng có thể không ngừng mở rộng như thế nào”, Goto nói.

Vì vậy, Goto và đồng nghiệp ở iTHEMS là Tomoki Nosaka và Masahiro Nozaki tìm kiếm đại lượng lượng tử khác có thể đưa vào hệ đường biên và có thể lập bản đồ cho đơn vị đại lượng thể tích lớn để miêu tả các lỗ đen ngày một gia tăng khối lượng. Cụ thể, họ lưu ý là các lỗ đen có một đặc điểm hỗn loạn cần được miêu tả. “Khi xuyên qua một thứ gì đó như một lỗ đen, thông tin mà nó nhận được rất hỗn độn và không thể thu lại được”, Goto nói. “Sự xáo trộn này là một sự biểu thị của hỗn độn”.

Nhóm nghiên cứu vượt qua “ma thuật”, một đo đạc toán học miêu tả sự khác biệt của trạng thái lượng tử để mô phỏng việc sử dụng một máy tính cổ điển. Tính toán của họ chứng tỏ là một hệ hỗn loạn ở bất kỳ trạng thái nào hầu như sẽ tiến hóa thành một “ma thuật tối đa” – sự khó khăn bậc nhất để mô phỏng.

Điều này đem lại đường liên hệ trực tiếp đầu tiên giữa một đặc trưng lượng tử của ma thuật và bản chất hỗn loạn của các lỗ đen. “Phát hiện này đề xuất ma thuật có liên quan đến sự đột sinh của không thời gian”, Goto nói.

Tô Vân  tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-04-quantum-magic-spacetime.html

https://www.iflscience.com/the-origin-of-space-time-maybe-its-quantum-magic-68527

———————————–

1.https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.106.126009

Tác giả