두 개의 블랙홀이 충돌하면 타이타닉 충돌은 우주의 직물을 통해 파문이됩니다. 물리학 자들은 앨버트 아인슈타인의 중력 이론을 사용 하여이 중력파의 거친 윤곽을 지구를 통과 할 때, 파도가 리고와 처녀 자리 중력 파 탐지기에 의해 확인 된 후 파도를 확인한 후 파도를 확인했습니다. 그러나 물리학 자들은 아인슈타인의 가시 방정식을 사용하여 가능한 모든 잔향의 초고전적인 모양을 추출하려고 시도하면서 under를 시작했습니다. 이 현재 알 수없는 세부 사항은 차세대 관측소가 픽업 해야하는 훌륭한 잔물결을 완전히 이해하는 데 필수적입니다.
그러나 구호는 겉보기에 가능성이없는 방향에서 나올 수 있습니다.
지난 몇 년 동안, 양자 입자의 비전 거동을 전문으로하는 물리학 자들은 수학적 기계를 블랙홀쪽으로 돌렸다. 여러 그룹이 최근에 놀라운 발견을했습니다. 그들은 단일 물 분자를 검사 한 후 쓰나미의 정확한 실루엣을 배울 수있는 것처럼, 수많은 입자 중 하나의 작용을 통해 중력 (또는 전자기) 파의 거동이 완전히 알려질 수 있음을 보여 주었다.
.펜실베이니아 주립 대학의 이론적 물리학자인 Radu Roiban은“가능하다고 생각하지 않았을 것입니다.
결과는 미래의 연구자들이 미래의 관측소가 기록 할 시공간에서 더 날카로운 퀴버를 해석하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 양자 입자의 이론이 우리의 더 큰 수준에서 발생하는 사건을 어떻게 포착하는지 이해하는 다음 단계를 표시합니다.
“이러한 양자 아이디어와 현실 세계 사이의 정확한 연결은 무엇입니까? 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학교 (University of California)의 Bhaumik 이론 물리학 연구소의 이론적 입자 물리학자인 Zvi Bern은 말했습니다. "그것은 우리가 이전보다 훨씬 더 잘 이해하는 것을 제공합니다."
.양자 치트 코드
원칙적으로, 대부분의 물리학 자들은 양자 방정식이 큰 물체를 처리 할 수 있다고 기대합니다. 우리는 결국 전자와 쿼크의 구름입니다. 그러나 실제로는 뉴턴의 법이 충분합니다. 대포의 아크를 계산하는 경우 전자로 시작하는 것은 의미가 없습니다.
Bern은“올바른 마음 속에있는 사람은``양자 이론을 고려하고, 문제를 해결하고, 고전 물리학을 추출합시다 '고 말함으로써 그렇게하지 않을 것입니다. "라고 Bern은 말했습니다. "그것은 바보 일 것입니다."
그러나 중력파 천문학은 물리학 자들이 절망적 인 조치를 고려하도록 이끌고 있습니다. 두 개의 블랙홀이 서로를 향해 나선형과 함께 슬램 할 때, 시공간의 동요의 형태는 질량, 스핀 및 기타 특성에 따라 다릅니다. 중력파 시설에서 느끼는 우주적 인 럼블을 완전히 이해하기 위해 물리학 자들은 다양한 블랙홀 쌍이 시공간을 흔들리는 방법을 미리 미리 계산합니다. 아인슈타인의 일반 상대성 방정식은 정확하게 해결하기에는 너무 복잡하므로 Ligo/Virgo의 파형 중 일부는 정확한 슈퍼 컴퓨터 시뮬레이션에서 나왔습니다. 이 중 일부는 한 달이 걸릴 수 있습니다. Ligo/Virgo 협업은 수십만 개의 파형 모음에 의존하며 시뮬레이션 및 기타 더 빠르지 만 거친 방법에서 함께 모여 있습니다.
입자 물리학자는 적어도 경우에 따라 더 빠르고 정확한 결과를 얻을 수 있다고 생각합니다. 확대 된 관점에서 볼 때 블랙홀은 거대한 입자처럼 보이며 물리학 자들은 입자가 진공 상태에서 부딪 칠 때 어떤 일이 일어나는지 생각해 보았습니다.
Bern은“수년에 걸쳐 우리는 중력의 양자 산란에 매우 능숙했습니다. "우리는 이러한 매우 복잡한 계산을 수행 할 수있는 놀라운 도구를 모두 가지고 있습니다."
무역의 주요 도구는 진폭, 양자 사건의 가능성을주는 수학적 표현으로 알려져 있습니다. 예를 들어, "4 점"진폭은 두 개의 입자가 들어오고 2 개의 입자가 나오는 것을 설명합니다. 최근 몇 년 동안 Bern과 다른 이론가들은 거대한 고전적인 블랙홀의 움직임에 4 점의 양자 진폭을 적용했으며, 어떤 경우에는 특정한 최첨단 파형 계산의 정밀도를 일치 시켰습니다.
맥스 플랑크 중력 물리학 연구소 (Max Planck Physics for Gravitational Physics)의 이사 인 알레산드라 부오 나노 (Alessandra Buonanno)는“이 사람들이 얼마나 빨리 진보했는지 놀랍습니다. "그들은 정말로 이것을 밀고 있습니다."
모두 하나의
고전 물리학 자들은 정당한 이유로 진폭을 피해 왔습니다. 그들은 무한대로 가득 차 있습니다. 4 점 기능 (2 개의 입자, 2 개의 입자)에 의해 설명 된 충돌조차도 일시적으로 짧은 수명의 입자를 일시적으로 생성 할 수 있습니다. 계산이 고려되는 이러한 과도 입자 중 더 많을수록 "루프"가 많을수록 더 정확하고 정확합니다.
.악화됩니다. 4 점 기능은 가능한 수의 가능한 루프를 가질 수 있습니다. 그러나 두 개의 블랙홀이 함께 모여 있으면 4 점 기능만이 유일한 가능성이 아닙니다. 연구원들은 또한 5 점 기능 (방사선 입자 하나를 뱉어내는 충돌)과 6 점 기능 (2 개의 입자를 생성하는 충돌) 등을 고려해야합니다. 중력파는 무한한 수의 "중력"입자의 수집으로 생각할 수 있으며 이상적인 계산은 무한한 수의 함수로 모두 무한한 수의 루프를 포함합니다.
.무한 너비와 깊이 의이 양자 건초 더미에서, 진폭 연구자들은 파도의 모양에 기여할 고전적인 바늘을 식별해야한다.
2017 년 Yale University의 Walter Goldberger와 California Institute of Technology의 Alexander Ridgway가 일종의 전하로 충돌하는 물체에 의해 전통적인 방사선을 연구했을 때 한 단서가 나타났습니다. 그들은 중력과 다른 힘 사이의 호기심 많은 관계에서 영감을 얻었고 (이중 사본이라고도 함)이를 사용하여 충전 된 물체를 블랙홀 아날로그로 바꾸는 데 사용했습니다. 그들은 바깥쪽으로 굴러가는 파도의 모양을 계산하고 놀랍도록 단순하고 놀랍도록 양자의 표현을 발견했습니다.
에든버러 대학의 이론가 인 도날 오코넬 (Donal O'Connell)은“당신은 어떤 용어로 눈을 감아 야합니다. "하지만 그들이 계산 한 것은 5 점 진폭이라는 것을 보았습니다."
흥미로운 O'Connell과 그의 협력자들은 더 많은 조사를했습니다. 그들은 먼저 일반적인 양자 프레임 워크를 사용하여 두 개의 큰 고전 몸 사이의 충돌의 간단한 특성을 계산했습니다. 그런 다음 2021 년 7 월에 그들은 특정 고전적인 파동 특성을 계산하기 위해이 접근법을 확장하여 5 점 진폭이 실제로 작업에 적합한 도구임을 확인했습니다.
.연구원들은 진폭 건초 더미에서 예기치 않은 패턴을 우연히 발견했습니다. 그것은 고전적인 파도를 연구하기 위해 무한한 수의 진폭이 필요하지 않다는 것을 보여 주었다. 대신, 그들은 단일 방사선 입자만을 포함하는 5 점 진폭에서 멈출 수 있습니다.
O'Connell은“이 5 점 진폭은 실제로 일입니다. "파도를 구성하는 각 중력 또는 각 광자는 또 다른 것이 있다는 사실에 신경 쓰지 않습니다."
.추가 계산으로 인해 5 점 진폭이 왜 우리가 고전 세계에 대해 알아야 할 모든 것을 알려줍니다.
양자 결과에는 두 가지 정의 기능이 있습니다. 그들은 불확실성이 그들에게 구워졌습니다. 예를 들어, 전자는 퍼지 구름으로 퍼집니다. 또한 Schrödinger의 방정식과 같은 방정식은 Planck 's Constant로 알려진 자연의 상수를 특징으로합니다.
지구를 통해 졸졸 흐르는 중력파와 같은 고전 시스템은 완벽하게 바삭 바삭하며 Nary A Planck의 상수로 설명 할 수 있습니다. 이 속성은 O'Connell의 그룹에게 어떤 진폭이 고전적인지를 결정하기위한 리트머스 테스트를 제공했습니다. 불확실성이 없어야하며 최종 설명에는 플랑크의 상수가 없을 수 있습니다. 이 그룹은 가장 단순한 5 점 진폭에는 두 개의“조각”이 있다는 것을 발견했습니다. 첫 번째 조각은 안전하게 무시할 수있는 양자 조각이었습니다. 두 번째는 고전적인 방사선 - 중력파 천문학에 유용한 부분입니다.
그런 다음 두 개의 방사선 입자의 방출 인 No-Loop 6 점 진폭에 관심을 돌 렸습니다. 이 진폭은 파도의 불확실성을 제공합니다. 두 개의 방사선 입자를 갖는 것은 필드를 두 번 측정하는 것과 같기 때문입니다. 언뜻보기에 진폭은 해석하기가 어려웠으며, 플랑크의 상수가 온통.
그러나 결과를 자세히 계산했을 때 Planck의 끊임없는 많은 용어가 서로를 취소했습니다. 결국, O'Connell과 그의 공동 작업자들은 6 점 불확실성이 고전적인 조각과 양자 조각에 빠졌다는 것을 발견했습니다. 고전적 불확실성은 0으로 판명되었습니다. 그리고 양자 부분은 그렇지 않았습니다. 다시 말해, 6 점 진폭에는 전통적인 정보가 전혀 없었습니다. 돌이켜 보면 결과는 다소 불가피한 것처럼 보였다. 그러나 단편을 자세히 조사하기 전에 연구원들은 6 점 진폭이 여전히 미묘한 고전적인 의미를 가질 수 있다고 순진하게 예상했다.
“이것은 순수한 양자입니다. 그것은 적어도 저에게는 약간의 충격이었습니다.”O'Connell은 말했습니다.
O'Connell은 전자기와 관련된 힘을 연구했습니다. 따라서 결과가 중력에 대한 사실을 확인하기 위해 Trinity College Dublin의 Ruth Britto와 다른 사람들은 다양한 기술 바로 가기를 사용하여 두 개의 거대한 입자에 대한 No-Loop 6 점 진폭을 계산했습니다. 그들은 또한 고전적인 내용이 없다는 것을 알았습니다.
Trinity College Dublin의 Riccardo Gonzo는“계산을 할 때까지 믿기가 어렵습니다.
비슷한 논리는 연구자들이 고리에서 5 점 이상을 가진 모든 진폭이 모든 양자가 될 것이므로, 따라서 알려진 진폭의 단순한 기능으로 표현 될 수 있거나 표현 될 수 있다고 기대한다. 불확실한 관계의 끝없는 퍼레이드는 모두 그것을 보장합니다.
Roiban은“양자 필드 이론은 고전 물리학을 묘사한다는 기대입니다. "일부 주에서는 불확실성이 없음으로써 이런 식으로 그렇게하는 것이 밝혀졌습니다."
.결과는 고전적인 파도가 연구자들이 두려워하는 것보다 양자 역학의 언어로 설명하기가 더 쉽다는 것입니다. “중력파 또는 모든 종류의 파도는 크고 플로피입니다. 많은 작은 것들에 의존해야합니다.”라고 Roiban은 말했습니다. 그러나 "충돌과 최종 상태에서 하나의 광자 또는 하나의 중력을 알면 모든 것을 알고 있습니다."
.합병을 향한 나선형
Ligo/Virgo가 중력파를 집어 올리면 신호는 10%의 노이즈입니다. 우주 기반 LISA와 같은 미래의 탐지기는 99%의 충실도 이상으로 시공간에서 잔물결을 기록 할 수 있습니다. 그 수준의 선명도에서, 연구자들은 중력파가 중성자 별 병합의 강성과 같은 풍부한 정보를 드러내기를 기대합니다. 양자 진폭을 사용하여 파도의 모양을 예측하는 데 최근의 진보는 연구자들이 그 정보를 잠금 해제 할 수 있기를 희망합니다.
Buonanno는“이것이 실제로 사실이된다면 환상적 일 것입니다. 나는 그것이 결국 계산을 단순화 할 것이라고 생각하지만 우리는 단지 볼 필요가있다.”
.그러나 현재, 진폭의 실제 천체 물리적 파형의 계산은 야심 찬 프로젝트로 남아 있습니다. 4 점 및 5 점 진폭은 블랙홀이 서로 "산란"또는 서로 슬링 샷을 깎을 때 발생하는 일을 캡처하며 현재 블랙홀이 회전하지 않는 간단한 합병을 이해하기 위해이 기술을 외삽 할 수 있습니다. 그러나 현재의 상태에서 이러한 진폭은 중력파 관측소가 감지하는 더 복잡한 합병을 완전히 설명하는 데 어려움을 겪고 있습니다. Amplitude 연구자들은 다양한 합병에 대한 현실적인 파형을 계산하는 방법을 조정할 수 있다고 생각하지만 아직 그렇게하지 않았습니다.
중력파를 넘어서, 연구의 일반적인 특성은 불확실성 원리가 양자 건초 더미를 구성하는 방식이 양자 이론의 다른 영역에서 유용 할 수 있음을 시사합니다. 진폭 간의 무한한 관계는 예를 들어 독립적 인 교차 점검을 가능하게 할 수 있으며, 예를 들어 몇 달이 걸릴 수있는 계산에 대한 귀중한 지침을 제공 할 수 있습니다. 그리고 그것은 우리의 거시 세계를 묘사 할 수없는 양자 이론을 구별하는 데 대한 급격한 테스트 역할을 할 수 있습니다.
Roiban은“과거에는 직관이었습니다. “이제 명확한 기준입니다. 계산이며 계산하기가 어렵습니다.”
