그들은 예술에서 제약이 창의성으로 이어진다고 말합니다. 우주에서도 마찬가지입니다. 자연에 한계를 가짐으로써 물리 법칙은 현실의 가장 환상적인 창조물을 짜냅니다. 빛의 속도를 제한하고 갑자기 공간이 줄어들면 시간이 느려질 수 있습니다. 에너지를 무한한 작은 단위로 나누는 능력과 양자 역학의 완전한 이상 함을 제한하십시오. 물리학 자 Chiara Marletto는“불가능한 것을 선언하면 더 많은 것들이 가능합니다. “Quantum Physics에서는 평범한 것처럼 보일 수 있습니다.”
.Marletto는 이탈리아 북부의 토리노에서 자랐으며 옥스포드 대학교에서 박사 학위를 마치기 전에 물리 공학 및 이론 물리학을 연구하여 양자 정보와 이론 생물학에 관심을 갖게되었습니다. 그러나 그녀의 삶은 옥스포드 물리학 자, 양자 계산 분야의 개척자 인 David Deutsch의 대화에 참석했을 때 인생이 바뀌 었습니다. 그가 주장한 것은 급진적 인 새로운 설명 이론이라고 주장했다. 그것은 생성자 이론이라고 불 렸으며, 도이치치에 따르면, 그것은 우리의 가장 기본적인 물리학보다 더 근본적인 메타 이론으로 작용할 것입니다. 그것을 야심 찬 부르는 것은 엄청난 과소 평가 일 것입니다.
그때 22 세의 말 레토는 푹 빠졌다. 2011 년에 그녀는 도이치 (Deutsch)와 세력에 합류했으며, 지난 10 년 동안 생성자 이론을 본격적인 연구 프로그램으로 변형 시켰습니다.
생성자 이론의 목표는 반대의 형태, 즉, 가능한 것과 불가능한 것에 관한 일반적인 원칙의 관점에서 물리 법칙을 다시 작성하는 것입니다. 앨버트 아인슈타인을 그의 상대성 이론으로 이끌어주는 것은 접근법이다. 그는 또한 반 사실적인 원칙으로 시작했습니다. 빛의 속도를 초과하는 것은 불가능합니다. 중력과 가속도의 차이를 말하는 것은 불가능합니다.
생성자 이론은 더 많은 것을 목표로합니다. 그것은 일반적인 상대성과의 양자 역학을 통합시키는 양자 중력 이론과 같이 아직 우리가 아직 가지고 있지 않은 물리 이론을 포함하여 방대한 물리 이론의 원칙을 제공하기를 희망합니다. 생성자 이론은, 즉 모든 이론의 어머니를 제공하기 위해, 즉“캔과 할 수없는 과학”, Marletto의 새 책 제목입니다.
.생성자 이론이 실제로 전달할 수 있는지 여부와 평소와 같이 물리학과 얼마나 다른지는 여전히 남아 있습니다. 지금은 Quanta Magazine Zoom을 통해 Marletto와 이메일을 통해 이론이 어떻게 작동하는지, 우주, 기술, 심지어 삶 자체에 대한 우리의 이해에 어떤 의미가 있는지 알아냅니다. 인터뷰는 명확성을 위해 압축되고 편집되었습니다.
생성자 이론의 핵심은 물리학에 대한 일반적인 접근 방식에 빠진 것이 있다는 느낌입니다.
양자 이론, 일반 상대성, 심지어 뉴턴의 법칙과 같은 물리학의 표준 법칙은 물체의 궤적과 초기 조건을 감안할 때 그들에게 어떤 일이 발생하는지에 따라 공식화됩니다. 그러나 본질적으로 생명의 물리학과 같은 현상이나 정보의 물리학과 같은 궤적 측면에서 캡처 할 수없는 현상이 있습니다. 그것들을 캡처하려면 반 사실이 필요합니다.
어느입니까?
"반반"이라는 단어는 다양한 방식으로 사용되지만 구체적인 것을 의미합니다. 반 사실은 어떤 변환이 가능하고 물리적 시스템에서 어떤 변환이 불가능한 지에 대한 진술입니다. 작업을 수행 할 수있는 "생성자"가있는 다음 다시 수행 할 수있는 능력을 유지하면 변환이 가능합니다. 생물학에서 우리는 그것을 촉매라고 부르지 만, 더 일반적으로 우리는 그것을 생성자라고 부를 수 있습니다.
물리학에 대한 현재의 접근 방식에서, 일부 법률은 이미이 반대의 구조를 가지고 있습니다. 예를 들어, 에너지 보존은 영구 모션 머신을 갖는 것이 불가능하다는 진술입니다.
따라서 생성자는 영구 모션 머신이며, 반 사실은 사용 가능한 에너지를 사용 가능한 에너지로 변환 할 수 없다고 말합니다.
예. 반소적은 기존 법률에 나타나지만이 법은 2 등석으로 간주됩니다. 그들은 진심으로 통합되지 않습니다. 생성자 이론은 물리학의 기초에 반 인용을 제시하여 가장 근본적인 법칙은 본 용어로 공식화 될 수 있습니다.
실제로 어떻게 작동합니까?
예를 들어, 양자 중력을 고려하십시오. 어떤 사람들은 다음과 같이 말합니다.“실험적 증거조차 없다는 점을 감안할 때 왜 우리는 중력을 정량화해야합니까? 우리는 고전적인 중력 이론과 다른 모든 것에 대한 양자 이론을 가질 수있었습니다.” 글쎄, 생성자 이론은 중력이 양자임을 증명할 수있는 실험 시험을위한 강력하고 일반적인 이론적 기초를 제공합니다.
이 테스트는 Vlatko Vedral과 Me에 의해 제안되었으며 Sougato Bose와 Collaborators가 독립적으로 제안했습니다. 그것은 다음과 같습니다. 당신은 중력을 통해서만 서로 상호 작용하는 두 양자 질량의 특성을 측정합니다. 그들이 얽힘을 개발한다면, 당신은 중력 인 얽힘을 일으키는 중재자에 대해 매우 강한 것을 결론 지을 수 있습니다. 중재자가 고전적 일 수 없다고 결론을 내릴 수 있습니다. 몇 가지 양자 기능이 있어야합니다.
이제 Vlatko와 내가 입증 한 것처럼,이 결론에 도달하는 가장 일반적인 방법은“상호 운용성”이라는 생성자 이론 원리를 사용하는 것입니다. 이는 매체를 통해 얽힘을 국소 적으로 생성 할 수 있다면 해당 매체가 양자 여야한다는 것을 의미합니다. 루프 양자 중력이든 줄 이론 이론이든 다른 방법이든 중력이 어떤 방식 으로든 중요하지는 않지만 양자 이론이어야합니다. 그것은 생성자 이론 원리의 관점에서만 생각 함으로써만이 수준의 일반성에서 고안 할 수있는 테스트입니다.
반 사실은 고전 이론에서보다 양자 이론에서 훨씬 더 중요하거나 더 제한적인 역할을하는 것으로 보인다. 그것이 양자 이론의 교훈이라고 주장 할 수 있습니다. 우리는 단순히“세계에서 일어나고있는 일이 있습니다”라고 말할 수는 없습니다. 이것이 다른 물리 법칙의 다른 공식화를 요구하는 것입니까?
양자 이론에는 많은 반 사실이 있지만 고전 물리학에서도 마찬가지입니다! 양자 및 고전 정보는 동일한 정보 이론적 특성 세트의 두 가지 측면입니다. 양자 정보를 다른 점은 두 가지 추가 반 사실적 특성을 가지고 있다는 것입니다.
첫째, 임의로 높은 정확도와 동시에 복사하는 것은 불가능한 두 가지 정보 변수 (예 :위치 및 속도)가 있습니다. 둘째, 이러한 변수에 대한 변환을 되돌릴 수 있어야합니다.
따라서 양자 이론에는 더 많은 반 인용이 있지만 고전적인 정보 이론과 고전적인 열역학을 완전히 표현하기 위해서는 여전히 반대가 필요합니다. 표준 개념에서는 출현하고 근사한 것으로 간주되기 때문에 작업 및 열과 같은 개념은 궤적과 운동 법칙으로 완전히 포착 할 수 없습니다. 생성자 이론에서는 가능한 및 불가능한 변형에 대한 정확한 진술을 사용하여 그들에 대해 이야기 할 수 있습니다.
OK, 따라서 변환이 존재하는 생성자가 존재하는 경우 변환이 가능합니다. 그런 다음 각 생성자를 구성 할 수 있다는 증거를 제시해야합니까? 당신은 무한 회귀에 빠지나요?
나는 당신이 다른 방향으로 돌려야한다고 생각합니다. 열역학을 가져 가십시오. 영구 모션 머신이 불가능하다고 말할 때, 그 진술은 각각의 초기 조건과 각각의 역학을 사용하여 영구 모션 머신의 가능한 모든 모델을 확인하여 철저하게 증명해야 할 것이 아닙니다. 그렇게해야한다면, 그것은 매우 소진하는 일이 될 것입니다!
당신이하는 일은 가능한과 불가능한 과제 측면에서 법을 진술 한 다음 결과를 해결하는 것입니다. 예를 들어, 영원한 모션 머신이 불가능하다는이 일반적인 진술이 있다면, 다른 작업이 가능한지에 대한 다른 진술과 결합하여 열 엔진이 가능하다는 것을 해결할 수 있습니다. 그리고 그것은 당신에게 많은 예측력을 제공합니다. 그것이 논리입니다. 당신은이 진술을 기본으로 생각합니다.
David Deutsch는 생성자 이론을 변환이 발생할 수있는 이론으로 정의 된 것입니다. 나는 여전히 생성자 이론이“왜”를 제공하는지 이해하기 위해 고군분투하고 있습니다.
먼저, 생성자 이론을 사용하든 현재 접근법을 사용하든, 실제 법칙이 무엇인지에 대한 추측을 다루고 있음을 분명히하겠습니다. 그리고 이러한 추측은 항상 잘못 될 수 있습니다. 그러나 생성자 이론을 구매하는 경우 핵심은 역동적 인 법칙을 추측하는 것이 모든 물리적 현실을 포착하기에 충분하지 않다는 것입니다. 생성자 이론에 의해 제공되는 추가 원칙이 필요합니다.
그래서 나는 David가 생성자 이론이 가능한 것들과 불가능한 것들의 목록이 아니라는 것을 강조하고 있다고 생각합니다. 가능한 일정하고 불가능한 과제의 특정 패턴이 우리가 육체적 현실에 대해 우리가 알고있는 것을 가장 잘 포착하는 이유에 대한 설명 이론입니다. 그런 다음 그 설명 이론에 의문을 제기하고 싶다면 가능합니다. 그러나 추측은 당신이 그것을 개선하기 위해 당신이 생각해 낸 모든 설명이 가능하고 불가능한 과제로 표현되어야한다는 것입니다.
.하단에 몇 가지 원시 작업 세트가 있습니까? 예를 들어, 계산에서 몇 가지 기본 논리 작업에서 다른 모든 논리적 작업을 구축 할 수 있습니다. 다른 모든 생성자를 만들 수있는 몇 가지 기본 생성자가 있다고 생각하십니까?
요컨대, 이것은 우리가 아직 실제로 개발하지 않은 것입니다. 위대한 물리학 자이자 수학자 인 John Von Neumann은 Turing의 보편적 인 컴퓨터보다 더 일반적인 기계를 추측했습니다. Von Neumann은 그것을 보편적 인 생성자라고 불렀습니다. 그는 예를 들어 살아있는 시스템이 자신의 사본을 만드는 것과 같이 할 수있는 일을 생각한다면 보편적 인 튜링 머신은 그렇게 할 수 없다는 것을 깨달았습니다. 내 Mac은 지루한 원료에서 다른 Mac을 만들 수 없습니다.
Von Neumann은 다음과 같이 물었습니다. 자체를 구성 할 수있는 더 강력한 기계가되기 위해 튜링 머신에 무엇을 추가해야합니까? 기계가 원료를 잡고 조립할 수있는 일련의 도장, 어셈블리에 대한 지침을 읽을 수있는 능력, et cetera.
.범용 생성자는 물리적으로 허용되는 모든 작업을 수행 할 수 있어야한다는 점에서 튜링 머신의 아날로그입니다. 그리고 우리는 우리가 가진 물리학 법칙에 따라 가능한지 모릅니다. 그리고 폰 노이만이 처음 제안한 지 70 년이 지난 후에도 우리가 모르는 이유는 아무도 원래의 제안을 받아 물리학에 연결했기 때문입니다.
생성자 이론이 보편적 인 생성자를 물리적 용어로 정의하고 보편적 인 생성자가 가능하다고 말할 수있는 원칙을 이해하면 귀하의 질문에 대한 답변을 얻을 것입니다. 우리는 보편적 인 생성자가 복잡한 작업을 수행하려고 할 때 어필 할 수있는 기본 게이트 또는 기본 가능한 작업이 무엇인지 알게 될 것입니다.
.일반적으로 우리는 기본 물리학으로 시작하여 그러한 아이디어의 적용으로 기술을 개발한다고 생각합니다. 이것은 거의 다른 길을 가고있는 것 같습니다. 당신은 기술의 가능성으로 시작하여 기본 물리학으로 이어집니다.
.나는 이것이 정말로 시원하다고 생각한다. 컴퓨터 나 생성자와 같이 매우 기술적으로 들리는 무언가의 특성을 연구함으로써 실제로 물리 법칙의 가장 깊은 특징을 연구하게됩니다. 양자 정보를 공부하기 시작했을 때 나를 매료시킨 것입니다.
처음에 나는 양자 정보가 컴퓨터 과학에 양자 물리학을 기발한 적용이라고 생각했지만 사실은 아닙니다. 양자 이론 자체를 이해하는 데 필요한 최고의 도구입니다. 측정, EPR, 얽힘 :양자 이론의 창립 아버지들조차도 매우 당황 스러웠던이 모든 것들이 Quantum Information에서 일하는 사람들에 의해 제대로 해결되었으며, 동시에 보편적 양자 컴퓨터를 구축하는 방법을 연구하고있었습니다.
.암호화와 같은 기술에 매우 유용한 일을 할 수 있다는 것은 매우 멋지지만 동시에 얽힘과 중첩의 기초를 연구하고 있습니다. 생성자 이론에서, 우리는 같은 종류의 논리를 더욱 일반적인 수준으로 따라 가려고 노력하고 있습니다.
따라서 생성자 이론에서 나올 수있는 기술은 다목적 3D 프린터와 같은 것이며, 그 자체의 사본을 포함하여 물리적 객체를 구성 할 수 있습니다. 그것은 보편적 인 생성자입니다.
예.
보편적 인 생성자도 범용 양자 컴퓨터일까요? 아니면 Universal Quantum 컴퓨터를 3D 인쇄 할 수 있어야합니까?
주어진 프로그래밍 가능한 기계의 레퍼토리 측면에서 생각하는 것이 더 유익합니다. 레퍼토리는 적절한 입력 프로그램이 제공 될 때 기계가 수행 할 수있는 일련의 작업 또는 변환 세트입니다. 그런 의미에서, 양자 컴퓨터이거나 충분한 재료가 주어진 양자 컴퓨터를 만들 수있는 것은 본질적으로 동일한 것입니다. 일단 기계가 다른 기계를 만들 수 있기 때문에 첫 번째 기계는 자체 레퍼토리에 두 번째 기계가 있습니다. 보편적 인 생성자는 자체 레퍼토리에 물리적으로 허용되는 모든 계산을 가지고 있습니다. 이는 유니버설 컴퓨터이기도합니다.
및 범용 생성자는 거실 시스템을 출력 할 수 있습니까?
예. 삶의 물리학은 보편적 인 생성자에 대한이보다 일반적인 이론의 하위 부위로 간주 될 것입니다. 그리고 물리 법칙에 대한 생성자 이론적 기초에 대한 이해가 어떻게 해당 분야와 관련된 작업을 수행하기 위해 보편적 인 생성자를 프로그래밍하는 방법을 제공 할 수 있는지 상상할 수 있습니다.
예를 들어, 양자 생물학의 경우, 광합성 생성자가 광합성이 발생할 때 식물 세포에서 발생하는 일을 모방하고이를 개선하는 방법을 생각하도록 프로그램되는 것으로 생각할 수 있습니다. 특정 작업을 위해 프로그래밍 된 범용 생성자의 구체적인 인스턴스 인 모든 종류의 프로그래밍 가능한 나노 머신을 상상할 수 있습니다. 그리고 그 모든 것을 근본하는 것은 우리가 생성자 이론을 연구함으로써 우리가 발견 할이 원칙이어야한다. 그것이 비전입니다.
따라서 보편적 인 생성자는 살아있는 시스템을 구성 할 수 있지만 살아있는 시스템 자체는 일종의 특수 목적 생성자입니까?
DNA는 복제기이며 셀을 구축하기위한 지침을 포함하고 있으며, 셀은 해당 지침을 읽고, 새로운 인스턴스를 구성하고, 지침을 복사하여 새 셀에 삽입 할 수있는 차량입니다. 그리고 생성자 이론에서 당신은 왜 이것이 생명을 위해 설계되지 않은 물리 법칙에 따라 신뢰할 수있는 자기 재생성을 원한다면 이것이 가능한 유일한 가능한 메커니즘인지 설명 할 수 있습니다. 따라서 그것은 우리의 물리 법칙에 따라 삶이 일할 수있는 방법 중 하나 일뿐 만 아니라 그것이 작동 할 수있는 유일한 방법입니다. 그것은 우리가 지구상에있는 화학으로 제작되었는지 여부에 관계없이 생활 시스템의 특징입니다.
궁극적으로 우리에게 필요한 것은 생명이 비 생명과 구별되는 이론이며, 지금까지는 양적, 예측 대답이 없습니다. 이 현상의 기본 법은 무엇입니까? 부족한 것은 생물학이 아닙니다. 생물 학자들은 이미 그들의 일을 해왔습니다. 그들은 진화론으로 아름답게 해결했습니다. 이제 물리학 자들은 기본 물리학의 경계 내에서 문제를 해결해야합니다. 그리고 저는 생성자 이론이 그 문제를 해결하는 도구를 제공 할 수 있기를 바라고 있습니다.
