Zvi Bern은 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학교의 이론적 입자 물리학 자보다 라스베가스의 포커 상어에 맞는 승리를 거두고 있습니다. 그는 자신의 분야에서 베팅 동료들에게 유명하여 중력의 힘을 부여하는 가상의 입자, 중력의 행동을 정밀하게 계산할 수 있다고 유명합니다. 각 베팅에서 위험에 처할 때는 훌륭한 와인 한 병입니다. 모든 가능성에 대비하여 Bern의 와인 컬렉션이 커지고 있습니다.
Imperial College London과 Bern의 빈번한 상대의 입자 물리학 교수 인 Kelly Stelle은“불행히도, 나는이 베팅의 잃어버린 측면에있었습니다. 그러나 각 손실에는 위로 상이 있습니다. Bern과 그의 팀이 점점 더 정교한 계산을 시작함에 따라, Quantum Gravity의 작동하는 이론의 틀을 보유 할 가능성은 향상되며, 이는 행성을별로별로 쓰고 발을지면에 유지하는 힘의 양자 규모의 원천을 설명 할 것입니다.
.베른은“나는 그에게 계속 말하면서 잃을 수 없다”고 말했다.
물리학 자들은 80 년 동안 양자 중력 이론을 찾았습니다. 중력은 개별적으로 너무 약하기에 너무 약하기 때문에 대부분의 물리학 자들은 입자가 드로 트의 양자 영역을 돌아 다니며, 그들의 행동은 광자라고 불리는 입자의 거시적 효과와 마찬가지로 그들의 행동이 어떻게 든 거시적으로 무게의 거시적 힘을 일으킨다 고 생각합니다. 그러나 중력 입자가 어떻게 행동 할 수 있는지에 대한 모든 제안 된 이론은 같은 문제에 직면 해 있습니다. 면밀한 검사를 할 때 수학적 의미가 없습니다. Graviton 상호 작용의 계산은 처음에는 효과가있는 것처럼 보일 수 있지만 물리학 자들이 더 정확하게 만들려고 할 때, 그들은“무한대”의 대답을 산출합니다. Stelle은“이것은 양자 중력의 질병입니다
그러나 이제 Bern은 Supergravity라는 한 번의 부업 이론에 큰 베팅을하고 있으며, 이는 중력의 효과를 반영하는 새로운 중력 관련 입자의 존재를 제시합니다. 1970 년대에 개발 된 초고심은 오랫동안 무한 문제로 고통받는 것으로 추정되어 왔으며, 이는 이론이 수학적으로 결함이 있음을 나타냅니다. 그러나 계산은 너무 어려워서 아무도 알 수 없었습니다.“Bern과 그의 친구들이 올 때까지”Stelle은 말했습니다. Bern과 그의 팀은 새로운 도구와 바로 가기를 사용하여 이제 이러한 중력 상호 작용을 점점 증가하는 정밀도로 계산하고 있습니다. 폭발하는 대신 이론은 계속 이해가됩니다.
초안 자체는 자연을 정확하게 설명 할 수 없습니다. 왜냐하면 그것은보다 대칭적인 이론적 세계를 위해 설계 되었기 때문입니다. 그러나 이론이 Bern의 현재 베팅에서 Stelle과 함께 유지되면 물리학 자에게보다 현실적인 이론을 구축하는 데 필요한 발판을 제공 할 수 있습니다. Bern은“이것은 초고심이 매우 특별한 구조를 가지고 있음을 의미합니다. "중력 이론을 잠금 해제하는 것이 열쇠라고 생각합니다."
Bern의 계산은 중력의 전체 특성을 이해하기위한 더 큰 드라이브의 일부입니다. 그는 소수의 충돌 중력을 다루고 있지만, 양자 중력의 궁극적 인 이론은 또한 블랙홀을 구성하는 강력한 무리를 이해해야합니다. 블랙홀에 의해 제기 된 심오한 개념 퍼즐은 진정한 이론이 우주에 대한 급진적 인 새로운 관점, 즉 공간과 시간이 단순한 환상 인 우주에 대한 새로운 관점을 요구할 것이라고 제안합니다. 한 가지 대안적인 접근법은 특정 입자 상호 작용의 계산을 단순화하고 물리학자가 퍼즐을 해결하는 데 도움이 될 수있는 객체 인 Amplituhedron을 사용합니다.
블랙홀 역설의 주요 전문가 인 산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학교 (University of California)의 이론 물리학 교수 인 Steve Giddings는“우리는 올바른 길을 가고 있습니다. "우리는 계산에서 블랙홀의 윤곽을 볼 수 있습니다."
양자
Albert Einstein은 중력이 공간과 시간의 곡선의 결과라고 이론화했습니다. 시공간 직물이 무거운 물체의 무게로 뻗어있을 때 작은 물체가 그들에게 떨어집니다. 아인슈타인의 이론은 사과가 땅에 떨어지고 지구가 태양을 공전하는 거시적 규모의 중력을 묘사하는 데 완벽하게 작용합니다. 그러나 중력 상호 작용의 결과를 계산하기위한 그의 방정식이 시공간 직물에서 가장 작은 잔물결에 적용될 때 (중력 톤이라고 알려진 에너지 묶음) 계산은 건초가됩니다. Stelle은“아인슈타인 중력은 무한대로 오염되어 있습니다
문제는 중력이 이론적으로 많은 방식으로 상호 작용할 수 있다는 것입니다. 물리학 자들은“산란 진폭”, 입자 상호 작용의 확률을 나타내는 숫자를 계산하고, 상호 작용 중에 입자가 변형하거나 셔플 할 수있는 다양한 방법의 그림을 그린 다음 다른 도면의 가능성을 합산함으로써 입자 상호 작용의 확률을 나타내는 숫자를 계산합니다. (사진은 발명자 인 Richard Feynman 이후의 "Feynman 다이어그램"이라고 불립니다.) 아마도 복잡한 다이어그램은 아마도 훨씬 뛰어나고 간단한 다이어그램이 훨씬 뛰어납니다. 이는 각각의 새로운 수준의 정밀도에 대해 산란 진폭을 계산하려면 기하 급수적으로 더 많은 Feynman 다이어그램을 그리며 훨씬 더 복잡한 수학 공식을 해결해야 함을 의미합니다. 어떤 경우에는 이러한 공식이 깔끔하게 단순화합니다. 아인슈타인의 방정식에 의해 정의 된 중력 상호 작용의 경우.
초고심은 아인슈타인의 이론에 새로운“supersymmetries”를 추가함으로써 도움을 시도합니다. 거울과 마찬가지로, 이것은 한 유형의 입자가 존재한다면 반대가되어야한다고 지시합니다. n 라는 이론의 변형에서 =8 8 개의 이중화를 갖는 수퍼 중력은 새로운 미러 이미지 입자를 통해 물리학 자들은 공식의 더 번거로운 부분을 취소 할 수 있습니다. 이 접근법은 처음 네 가지 수준의 정밀도에 작용합니다. 그러나 전문가들은 계산을보다 정확하게 만들려고하면 무한대가 다시 머리를 뒤로 젖힐 것이라고 오랫동안 의심해 왔습니다. Stony Brook University의 물리학자인 Kristan Jensen은“당신은 다이어그램이 너무 복잡하여 더 이상 취소 할 수없는 지점에 도달합니다.
베른에 따르면, 그 오래된 가정은“사실이 아닐 수도 있습니다.”
1990 년대에 캘리포니아 멘로 파크에있는 SLAC National Accelerator Laboratory의 Lance Dixon, 프랑스 Cea Saclay의 David Kosower는 4 월에 J. J. Sakurai Prize를 받게 될 산란 진폭을 계산하기위한 강력한 새로운 기술을 개발했습니다. 그들의 지름길은 알려진 자연의 입자에 대한 계산을 간소화하여 이론가들이 스위스의 대형 Hadron Collider의 충돌 결과를 놀라운 정밀도로 예측 한 다음, 이러한 예측에서 벗어난 편차의 형태로“새로운 물리”를 찾을 수있게 해줍니다. 2000 년대 중반, Bern, Dixon, Kosower 및 기타 공동 작업자들은 수십 년 전에 버려진 훨씬 더 이론적이고 강력한 초고속 계산에 기술을 적용하기 시작했습니다. Stanford University의 물리학자인 John Joseph Carrasco는 Bern과 함께 일하는 John Joseph Carrasco는 계산이 유한 한 결과를 산출하기 시작했을 때
는 말했다.초고속 계산을 완료하기위한 가장 강력한 단축키는 Cern Laboratory의 Bern, Carrasco 및 Henrik Johansson의 발견에서 나왔습니다. 그레이비톤은 gavitons의 두 사본, 강한 원자력의 운반자처럼 작용하여 원자 핵 내부에 quark습니다. 중력과 글루온 사이 의이“이중 사본”관계는 연구자들이 연구 한 모든 초자파의 변형에 나타 났으며, 과자기 상징적이 존재하는지 여부에 관계없이 양자 중력의 올바른 이론에서도 그것을 유지할 것으로 기대합니다. 실제로, 발견은 일단 글루온의 산란 진폭이 특정 형태로 주어진 정밀도로 계산되면 "중력 진폭 추출은 어린이의 놀이"라고 Dixon은 말했다.
이중 카피 속성은 계산 도구 이상입니다. Bern은“우리가 중력 이론을보아야하는 방법의 철학적 변화이기도합니다. “이것은 매우 구체적이며 [중력과 글루온]이 실제로 함께 속해 있음을 절대적으로 분명히합니다. 그들은 실제로 통일 된 이론의 일부 여야합니다.”
Giddings의 말에 따르면,“매우 암시 적입니다.” 물리학 자들은 양자 크로 역학이라고하는 글루온을 설명하는 작동 가능한 양자 이론을 가지고 있기 때문에, 이중-코피 속성은 초안 (또는 관련 이론)도 효과가있을 수 있음을 시사합니다.
Stelle과의 최신 베팅을 위해 Bern과 그의 공동 작업자는 n =8 전례없는 테스트에 대한 초고심. 4.8 시공간 치수로 가상의 세계에서 중력이 "5 루프"로 알려진 정밀도로 충돌 할 때 발생하는 일을 계산할 수 있다면 Bern은 승리합니다. 이 경우 Stelle은 영국의 예배당에서 와이너리에서 부싯돌 마른 병을 주어야합니다. Stelle은“William과 Kate의 결혼식에서 제공된 와인입니다.
반면에 계산이 4.8 치수로 무한대를 생성하면 Stelle이 승리합니다. 이 경우 Bern은 Napa Valley에있는 Stags의 도약에서 병에 정착해야합니다.
물론, 분수 치수는 실제로 존재하지 않습니다. 그러나 Stelle과 그의 동료들은 4.8 치수에 대한 5 루프 계산이 실제 세계의 차원에서 훨씬 더 어려운 7 루프 계산에 대략적으로 일치한다는 것을 보여 주었다. (7 루프 계산은 산타 바바라 캘리포니아 대학교의 베른과 노벨상 수상자 데이비드 그로스 사이의 또 다른 베팅의 주제입니다.) 이론이 그러한 정도로 유한 한 상태로 남아 있다면“진정한 기적 일 것”이라고 Stelle은 말했다. n 의 입자 사이의 조화로운 상호 작용 =8 초고심은 물리학자가 이해하는 것 이상으로 갈 것입니다.
Bern과 Stelle 사이의 베팅이 어떻게 나오는지 말하기에는 너무 이르다. 그러나 12 월에 물리적 검토 편지에 등장한 작업에서 Bern 팀은 n 라는 이론의 또 다른 변형의“예상 행동보다 훨씬 낫다”는 것을 발견했습니다. =4 초고심과 그 결과는 확률이 바뀌 었습니다. Bern은“지금 상황이 내 호의를 바라보고 있다고 말하는 것이 공정하다”고 Bern은 말했다.
블랙홀 씨
양자 중력 이론은 아인슈타인의 이론에 의해 시공간에서 피할 수 없을 정도로 가파른 곡선으로 묘사되지만 더 근본적인 수준에서는 중력 측면에서도 설명을 초월하는 복잡한 양자 시스템입니다. 이러한 시스템을 설명하려면 자연의 작동 방식에 대한 급진적 인 새로운 관점이 필요할 수 있습니다.
입자가 총 에너지가 총 에너지와 충돌하면 100 억 개가 넘는 양성자 ( "플랑크 에너지"라고 함)가 형성됩니다. 이러한 높은 에너지에서는 산란 진폭의 대략적인 근사치를 만들기 위해 무한한 수의 Feynman 다이어그램이 필요합니다. 이 물리학 자들은 블랙홀의 상세한 양자 특성, 심지어 n 에 의해 지배되는 고도로 대칭 세계의 특성을 직접 계산하려는 노력을 기울입니다. =8 초고심. 베른과 그의 에너지 중력을 고 에너지에 대한 동료의 계산을 외삽 법을 추정하는 것은 높은 에너지에 대한 에너지에 대한 계산을 크게 재현합니다. 그러나이 외삽은 블랙홀에 대한 물리학 자의 가장 깊은 질문을 해결하기에 충분하지 않습니다.
양자 역학의 원리에 따르면, 입자 상태에 대한 정보는 결코 파괴 될 수 없습니다. 따라서 입자가 블랙홀에 빠지면 정보가 들어가야합니다. 그러나 양자 역학은 또한 블랙홀이 증발하고 결국 완전히 사라진다고 말합니다. 정보는 어디로 갈까요?
물리학 자들은 여전히 정보 역설에 대해 적극적으로 토론하고 있지만, 결의안이 궁극적으로 지역이라는 오랜 가정을 포기하도록 강요 할 것이라는 합의가 점점 커지고 있습니다. 블랙홀 내부와 외부의 입자가 어떻게 든 정보를 교환 할 수 있다면, 블랙홀을 증발시키는 정보를 구출 할 수 있습니다. Giddings는“지역성은 오늘날 물리학에 대한 기본 설명의 초석입니다. 그러나 내 마음에는 가장 미친 일은 어떤 식 으로든 수정하는 것입니다.”
.입자 물리학에서 지역을 제거하려면 Bern과 다른 물리학자가 산란 진폭을 계산하는 방식의 완전한 개혁이 필요할 수 있습니다. Feynman 다이어그램은 입자가 시공간의 인접한 지점과 상호 작용한다는 가정에 따라 그려져 있기 때문입니다. 이 문제에 의해 동기를 부여한 N.J. 프린스턴에있는 고급 연구 연구소의 물리학 교수 인 Nima Arkani-Hamed가 이끄는 그룹은 최근 적어도 Quantum Physics의 상징적 인 버전에 대해 산란 진폭을 계산하는 데 훨씬 간단한 접근법을 발견했습니다. 새로운 접근법에서, 글루온 산란 진폭은 상호 작용에 관여하는 글루온의 수와 특성에 의해 형태가 결정되는 기하학적 물체 인 앰프 히드론의 부피를 측정함으로써 계산할 수있다. 지역성은 전혀 계산에 들어 가지 않습니다. 공간과 시간에 충돌이 발생한다는 인상은 단지 계산 결과의 특징 일뿐입니다.
Giddings는“Amplituhedron은 올바른 느낌을 가지고 있습니다. "이 사람들은 진폭을 설명하기위한이 매우 예쁜 구조를 발굴 할 수 있습니다. 블랙홀 체제로 이어질 중력을 볼 수있는 새로운 방법을 발굴 할 수 있습니다."
.Bern과 그의 동료들은 초고심 계산에서 Amplituhedron을 사용하지 않지만“우리는 자신이 가진 아이디어를 가져 오는 방법에 대해 확실히 생각하고 있습니다. Amplituhedron은 글루온 사이의 상호 작용에 해당하므로 중력이 두 개의 글루온 사본처럼 행동한다는 사실은 두 기본 입자를 포함하는 형상을 가리킬 수 있습니다.
.Arkani-Hamed는“중력에 대한 앰프 론과 같은 물체가 있다면, 아이디어는 시공간 외부에 앉아있는이 물건이 어떤 산란 이벤트에 대한 답을 제공 할 것”이라고 말했다. 때때로, 대답은 현지 일 것입니다. 공간과 시간이 존재한다는 인상을 전달합니다. 블랙홀을 구성하는 미지의 양자 시스템과의 상호 작용의 경우, 답변은 공간과 시간에 의존하지 않습니다.
Giddings는“실제 문제는 그것이 어떻게 작동하는지 이해하는 것입니다. “많은 상황에서 매우 현지에서 행동하는 물리학을 어떻게 가질 수 있지만 블랙홀이있을 때 지역에서 벗어난 명백한 것이 있습니까? 지역이 어디에서 왔는지, 왜 정확하지 않은지에 대해 어떻게 생각합니까?”
물리학 자들은 양자 중력 연구의 다른 스레드가 어떻게 결합 될 수 있는지에 대해 적극적으로 논의하고 있습니다. 모호한 그림이 떠오를 수 있습니다. 아마도 그 중력, 글루온 및 기타 입자 중 하나, 아마도 웅장한 비 국소 기하학의 구성 요소로서, 그들은 느슨한 아이디어를 수학적으로 구체적으로 만들고 실제 세계에 적응시키는 데 큰 노력을 기울일 것이라고 경고합니다. Jensen이 말한 것처럼“이야기가 있고 계산이 있습니다.”
Bern은 그와 그의 공동 작업자들이 최신 초고속 계산에 대해“매우 열심히 밀고있다”고보고했다. 앞으로 몇 달 안에 4.8 차원에서 Graviton 산란에 대한 유한 한 답변을 얻으면 n =8 초고심은 그 어느 때보 다 생식적이고 계산 가능한 양자 중력 이론처럼 보일 것이며, 입자 물리학 자들은 우리가 살고있는 덜 대칭 세계를 설명하기 위해 이론을 미세 조정하도록 동기를 부여 할 것입니다.“우리는이 이론을 뒤로 젖히고 유한성을 유지하는 방법을 찾아야 할 것입니다.
반면에, n =8 초압 균열 압력 하에서 균열이 발생하면 아인슈타인의 중력에서 누락 된 것처럼 이론에서 중요한 요소가 빠져 있어야합니다. 많은 입자 물리학 자들은 이러한 누락 된 요인이 현악 이론의 일부가 될 것이라고 생각합니다. 이는 초안을 포괄하는 훨씬 더 정교한 자연 이론이며, 중력과 다른 모든 입자는 실제로 1 차원 선 또는 "줄"이라고 말합니다. 문자열의 진동 효과를 통합하면 계산을 수리합니다. 그러나 문자열 이론은 고유 한 산란 진폭 세트 (대신 가능한 해결책의 광대 한 환경을 갖는) 세트를 예측하지 않으므로 계산 가능하고 예측적인 이론에 대한 검색은 장벽에 부딪 칠 것입니다.
.그의 과거의 성공과 와인 컬렉션의 성장을 감안할 때, Bern은 Supergravity가 유지 될 것이라고 낙관적입니다. 이 경우 그는 왕실 웨딩 와인을 얻을 것이지만,“켈리와 나는 축하 할 것입니다.”
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