이론 물리학은 복잡한 것으로 유명합니다. 나는 달라지기를 간청한다. 우리가 자연 법칙을 수학적 형태로 적어 줄 수 있다는 것은 우리가 다루는 법률이 다른 과학 분야의 법률보다 훨씬 간단하다는 것을 의미합니다.
불행히도 실제로 이러한 방정식을 해결하는 것은 종종 그렇게 간단하지 않습니다. 예를 들어, 우리는 쿼크와 글루온이라는 기본 입자를 설명하는 완벽하게 미세한 이론을 가지고 있지만, 양성자를 만드는 방법을 계산할 수는 없습니다. 알려진 방법으로는 방정식을 해결할 수 없습니다. 마찬가지로, 블랙홀의 합병이나 마운틴 스트림의 흐름은 기만적으로 간단한 용어로 설명 될 수 있지만, 어떤 경우에는 어떤 일이 일어날 지 말하기가 어렵습니다.
.물론, 우리는 새로운 수학 전략을 찾고있는 한계를 끊임없이 추진하고 있습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 밀려 난 대부분은 더 정교한 수학이 아니라 더 많은 컴퓨팅 파워에서 나왔습니다.
최초의 수학 소프트웨어가 1980 년대에 제공되었을 때, 해결 된 인쇄물 목록을 통해 누군가를 검색 할 수있는 것 이상을 수행하지 못했습니다. 그러나 물리학 자들이 컴퓨터를 손가락 끝에 가지고 있으면 더 이상 정수를 해결할 필요가 없다는 것을 깨달았습니다.
.1990 년대에 많은 물리학 자들은이“그냥 음모를 꾸미는 것”접근법에 반대했습니다. 많은 사람들이 컴퓨터 분석에 대해 훈련을받지 않았으며 때로는 코딩 인공물에서 물리적 영향을 알 수 없었습니다. 어쩌면 이것이 내가 "단순한 수치"로 결과가 저하 된 많은 세미나를 기억하는 이유 일 것입니다. 그러나 지난 20 년 동안,이 태도는 코딩이 수학 기술의 자연스러운 확장 인 새로운 세대의 물리학 자 덕분에 현저하게 바뀌 었습니다.
.따라서, 이론 물리학에는 이제 실제 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션에 전념하는 많은 하위 규모의 학문이 있으며, 다른 방식으로는 불가능한 연구. 컴퓨터 시뮬레이션은 이제 우리가 은하와 초고 율 구조의 형성을 연구하고, 여러 쿼크로 구성된 입자의 질량을 계산하고, 큰 원자 핵의 충돌에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알아 내고, 주로 컴퓨터를 기반으로 한 연구의 몇 가지 영역을 지정하기 위해 여러 쿼크로 구성된 입자의 질량을 계산하기 위해 사용하는 것입니다.
.순수한 수학적 모델링에서 벗어나는이 전환의 다음 단계는 이미 진행 중입니다. 물리학 자들은 이제 더 잘 이해하고 싶은 다른 시스템을위한 맞춤형 설계 실험실 시스템입니다. 그들은 실험실에서 시뮬레이션 된 시스템을 관찰하여 그것이 나타내는 시스템에 대한 결론을 도출하고 예측합니다.
가장 좋은 예는 "Quantum Simulations"라는 이름으로 진행되는 연구 영역입니다. 이들은 원자 구름과 같은 상호 작용, 복합 물체로 구성된 시스템입니다. 물리학 자들은 이들 물체들 사이의 상호 작용을 조작하여 시스템이보다 기본적인 입자 간의 상호 작용과 비슷합니다. 예를 들어, 회로 양자 전기 역학에서 연구자들은 작은 초전도 회로를 사용하여 원자를 시뮬레이션 한 다음 이러한 인공 원자가 광자와 어떻게 상호 작용하는지 연구합니다. 또는 뮌헨의 실험실에서 물리학 자들은 초고속 원자를 사용하여 Higgs와 같은 입자가 두 가지 차원의 공간에 존재할 수 있는지 여부에 대한 논쟁을 해결합니다 (대답은 예입니다).
.이러한 시뮬레이션은 우리가 이미 알고있는 이론에서 수학적 장애물을 극복하는 데 유용 할뿐만 아니라. 또한 이전에 연구되지 않은 새로운 이론의 결과를 탐색하고 아직 모르는 관련성을 탐구 할 수 있습니다.
이것은 공간과 시간 자체의 양자 행동에있어 특히 흥미 롭습니다. 우리는 여전히 좋은 이론이없는 영역입니다. 예를 들어, 최근 실험에서 캐나다 온타리오 주 워털루 대학교의 양자 컴퓨팅 연구소의 물리학자인 Raymond LaFlamme과 그의 그룹은 양자 시뮬레이션을 사용하여 일부 이론에서 우주 시간의 기본 패브릭을 구성하는 소위 스핀 네트워크, 구조를 연구했습니다. 그리고 뮌헨 대학교의 물리학자인 Gia Dvali는 초음파 원자 가스로 블랙홀의 정보 처리를 시뮬레이션하는 방법을 제안했습니다.
물리학 자들이 유체를 사용하여 중력장에서 입자의 거동을 모방하는 아날로그 중력 분야에서도 비슷한 아이디어가 추구되고 있습니다. 블랙홀 우주 시간은 Jeff Steinhauer의 (여전히 논란의 여지가있는) 블랙 홀 아날로그에서 호킹 방사선을 측정 한 주장과 마찬가지로 많은 관심을 끌었습니다. 그러나 연구자들은 또한 중력에 대한 유동적 유사체와 함께“인플레이션”이라는 초기 우주의 빠른 확장을 연구했습니다.
.또한 물리학 자들은 준 사파르라고하는 스탠드 인을 관찰하여 가상의 기본 입자를 연구했습니다. 이 준파드는 기본 입자처럼 행동하지만 다른 많은 입자의 집단 운동에서 나온다. 그들의 속성을 이해하면 그들의 행동에 대해 더 많이 배울 수 있으므로 실제 일을 관찰하는 방법을 찾는 데 도움이 될 수도 있습니다.
이 연구 라인은 몇 가지 큰 의문을 제기합니다. 우선, 우리가 복합 준 입자를 사용하여 현재 근본적인 것으로 생각되는 것을 시뮬레이션 할 수 있다면, 현재 근본적인 공간 (공간과 시간, 입자 물리학의 표준 모델을 구성하는 25 개의 입자)도 기본 구조로 구성됩니다. 양자 시뮬레이션은 또한 시스템의 행동을 설명하는 것이 무엇을 의미하는지 궁금해합니다. 단순화 된 버전의 시스템을 사용하여 예측, 측정 및 예측을하는 것은 설명에 금액을 측정합니까?
그러나 저에게 있어이 발전의 가장 흥미로운 측면은 궁극적으로 우리가 물리학을하는 방식을 변화 시킨다는 것입니다. 양자 시뮬레이션을 사용하면 수학적 모델은 2 차 관련성입니다. 우리는 현재 수학을 사용하여 적절한 시스템을 식별합니다. 수학은 우리가 어떤 속성을 찾아야하는지 알려줍니다. 그러나 그것은 엄격하게 말하면 필요하지 않습니다. 어쩌면 시간이 지남에 따라 실험가는 어떤 시스템지도를 배우는지를 알게 될 것입니다. 아마도 언젠가 계산을하는 대신 단순화 된 시스템의 관찰을 사용하여 예측을 할 것입니다.
현재, 나는 대부분의 동료 들이이 미래의 비전에 끔찍할 것이라고 확신합니다. 그러나 내 마음에, 실험실에서 단순화 된 시스템 모델을 구축하는 것은 물리학 자들이 수세기 동안하고있는 것과는 다르지 않습니다.
