소개
사물이 무너진다는 것은 물리학과 일상 경험 모두의 진실입니다. 얼음이 녹습니다. 건물이 무너진다. 어떤 물체든 오래 기다리면 인식할 수 없을 정도로 그 자체 및 주변 환경과 뒤섞입니다.
그러나 2005년부터 일련의 획기적인 발전이 이루어지면서 이러한 죽음의 행진은 선택 사항처럼 느껴졌습니다. 올바른 양자 설정에서는 전자나 원자의 모든 배열이 영원히 그대로 유지됩니다. 고르지 못한 배열이 활동으로 가득 차더라도 마찬가지입니다. 이번 발견은 양자 현상이 깨지기 쉽고 극도로 낮은 온도에서만 관찰할 수 있다는 기존의 통념을 정면으로 뒤집는 것이었습니다. 이는 또한 열과 엔트로피 같은 현상을 거대한 입자 떼의 상호 작용으로 인한 불가피한 결과로 설명하는 물리학의 유서 깊은 분야인 열역학의 기초에 구멍을 뚫었습니다.
이 결과는 당시 대학원생이었으며 현재 하버드 대학교 교수로 재직하고 있는 노먼 야오(Norman Yao)와 같은 물리학자들에게는 충격적인 결과였습니다. 그는 지옥보다 더 강한 단어를 사용하여 “거룩한 지옥”이라고 생각했던 것을 회상했습니다. "이것이 상호작용하는 많은 입자 시스템에서 사실이라면 통계 역학은 실패합니다. 열역학도 실패합니다."
급진적이고 새로운 양자 안정성에 대한 개념이 확산되었습니다. 이는 이론가들이 에너지를 흡수하지 않고 무한정 반복 동작을 유지하는 시스템인 시간 결정과 같은 양자 물질의 새로운 단계의 동물원을 떠올리도록 영감을 주었습니다. 그리고 양자 컴퓨터를 만들기 위해 큐비트의 변덕스러움과 싸우고 있는 양자 엔지니어들은 그들의 싸움이 승리할 수 있다는 이 징후에 용기를 얻었습니다.
"양자 컴퓨터에서는 초기 조건을 기억해야 합니다. 그렇지 않으면 아무것도 할 수 없습니다."라고 Yao는 말했습니다.
증거 축적은 양자 패턴이 실제로 영원히 지속될 수 있다는 엄격한 수학적 증거를 통해 2014년에 최고조에 달했습니다.
그러나 최근 몇 년 동안 영원히 안정적인 양자 구조에 대한 약속 자체가 흔들리기 시작했습니다. 획기적인 실험에서 발견된 것처럼 이러한 패턴은 실제로 영겁 동안 지속될 수 있습니다. 그러나 많은 물리학자들이 믿었던 것처럼 그 영겁의 시간이 정말로 영원까지 이어질 수 있는지에 대한 논쟁이 뜨겁습니다. 양자 운명의 기본 특성을 분석하는 과정에서 관련 물리학자들은 수많은 입자의 안정성을 위협하는 이전에 알려지지 않은 양자 현상을 발견했습니다.
스탠포드 대학의 물리학자인 베디카 케마니(Vedika Khemani)는 “당신은 [이 아이디어]를 정말 잘 이해했다고 생각했지만 지금은 그렇지 않습니다.”라고 말했습니다. "재미있네요. 또 풀어야 할 미스터리가 있군요."
영원의 맛
양자 영원성에 대한 초기 암시는 자신의 분야에서 전설이 될 물리학자 필 앤더슨(Phil Anderson)에 의해 포착되었습니다. 1950년대에 앤더슨은 벨 연구소에서 당시 최첨단 물리학, 즉 반도체 내부 전자의 행동을 연구하고 있었습니다. 몇 가지 수수께끼 같은 실험 결과를 이해하려고 노력하는 동안 그는 좀 더 추상적인 문제에 대해 생각하게 되었습니다.
앤더슨은 단일 양자 입자를 제자리에 가두는 것이 가능할까?
당구공과 같은 고전적인 물체를 가두는 것은 쉽습니다. 당구대 레일과 같은 장벽으로 주변을 둘러싸세요. 그러나 양자 입자는 장벽을 "터널링"하여 장벽을 완전히 무시하고 이동할 수 있습니다. 문제는 멀리 여행을 할 수 없다는 것입니다. 터널링은 어려워집니다. 즉, 입자가 더 멀리 이동하려고 하면 기하급수적으로 가능성이 낮아집니다. 앤더슨은 주변 환경에 양자 탈출 예술가가 있을 수 있을지 궁금해했습니다.
그가 발견한 비밀은 봉우리와 계곡이 점재하는 "무질서한" 양자 지형에 입자를 고정시키는 것이었습니다. 각 위치는 임의의 에너지를 나타내는 임의의 높이를 갖습니다. 실제 물질에서 이러한 장애는 누락된 원자나 다른 원소의 원자와 같은 불순물로 인해 발생할 수 있습니다.
충분한 무질서가 있으면 입자는 결코 멀리 터널을 뚫을 수 없을 것이라고 앤더슨은 결론지었습니다. 터널을 뚫기 위해서는 입자가 시작된 곳과 비슷한 에너지(또는 비슷한 고도)를 가진 위치를 찾아야 합니다. 그리고 무질서가 많을수록 그러한 위치는 더 희소해집니다. 풍경을 더 자세히 살펴보면 입자가 적절한 시간에 후보 사이트를 정찰할 수 있습니다. 이 속도는 입자에 더 많은 옵션을 사용할 수 있는 2D 평면 및 3D 벽돌과 같은 "더 높은" 차원에서 상당히 빠를 수 있습니다. 그러나 해당 위치에 도달하는 데 있어 기하급수적인 어려움은 항상 더욱 빠르게 증가하므로 터널링은 불가능할 것입니다.
Merrill Sherman/Quanta 매거진
앤더슨은 1958년 논문에서 터널링만으로는 충분하지 않다고 주장했습니다. 모든 차원의 무질서한 풍경은 입자를 "국지화"합니다. 그 연구는 본질적으로 몇 년 동안 읽히지 않았지만 결국 그에게 1977년 노벨 물리학상 공동 수상을 안겨주었습니다.
앤더슨의 생각은 반도체의 전자에서 영감을 얻었지만, 그의 프레이밍을 보면 그가 좀 더 추상적으로 생각하고 있었음을 알 수 있습니다. 그에게 동기를 부여한 이상 현상은 열화라고 알려진 과정에 대한 전자 간의 신비한 저항이었습니다. 그는 시스템이 열화되는 시기와 열화되지 않는 시기를 더 깊이 이해하려고 노력했습니다. 그는 이 현상을 연구한 최초의 물리학자는 아니었지만, 그가 연구에서 제기한 질문은 후대 물리학자들의 상상력을 사로잡을 것입니다.
프린스턴 대학의 물리학자인 데이비드 휴즈(David Huse)는 “시대보다 50년이나 앞선 것”이라고 말했습니다.
일상 언어에서 열화는 시스템이 뒤섞이는 자연스러운 경향입니다. 새로운 카드 덱은 원래 순서를 빨리 잃습니다. 모래성은 젖은 모래 덩어리처럼 휘어집니다. 열역학에서 이러한 경향은 통계의 직접적인 결과입니다. 주문하는 방법은 몇 가지가 있고 뒤섞이는 방법은 엄청나게 많기 때문에 처음에 주문한 시스템이 결국 뒤섞일 가능성이 매우 높습니다.
열화의 주요 특징은 혼합으로 인해 초기 패턴이 지워진다는 것입니다. 예를 들어, 초기 핫스팟이나 에너지 집중은 더 이상 확산이 불가능할 때까지 확산됩니다. 이 시점에서 시스템은 안정되고 눈에 띄게 변화하는 것을 멈춥니다. 이러한 시나리오를 물리학자들은 열 평형이라고 부릅니다.
돌이켜보면 물리학자들은 앤더슨의 연구가 열화에 대한 반란의 씨앗을 담고 있었다고 봅니다. 그는 무질서한 풍경이 하나의 입자를 가둘 수 있음을 보여주었습니다. 핵심 질문은 다음과 같습니다. 많은 입자를 국소화할 수 있습니까? 입자가 제자리에 갇히면 에너지가 확산되지 않으며 시스템이 결코 열화되지 않습니다. 열화의 반대인 국지화는 완전히 새로운 유형의 안정성, 즉 에너지의 양자 패턴이 영원히 지속되는 예상치 못한 방법을 나타냅니다.
메릴랜드 대학의 물리학자인 Maisam Barkeshli는 "열화가 폐쇄된 시스템에서 발생하는 보편적인 현상인지, 아니면 완전히 분해될 수 있는지를 아는 것은 물리학에서 가장 근본적인 질문 중 하나입니다."라고 말했습니다.
그러나 이 질문에 답하려면 앤더슨의 노벨상 수상 작품을 마치 워밍업처럼 보이게 만드는 문제를 해결해야 합니다. 기본적인 문제는 입자 그룹이 엄청나게 복잡한 방식으로 서로 영향을 미칠 수 있다는 것입니다. 이러한 상호 작용을 설명하는 것은 너무 복잡해서 앤더슨의 1958년 논문과 물리학자들이 다체 위치 파악이라고 부르는 다입자 시스템의 위치를 이해하려는 최초의 진지한 시도 사이에 거의 50년이 경과했습니다.
반세기 후에 나온 믿을 수 없는 대답은 열화가 항상 불가피한 것은 아니라는 것이었습니다. 열화에도 불구하고 다체 위치 파악이 가능해 보였습니다.
벨기에 KU Leuven의 물리학자인 Wojciech De Roeck은 "이것은 열역학 법칙을 어기는 것"이라고 말했습니다. “혼란이 항상 승리하는 것은 아니라는 뜻입니다.”
다체 위치 파악의 부상
앤더슨 연구의 블록버스터 속편은 2005년에 나왔습니다. 프린스턴 대학과 컬럼비아 대학에 소속된 물리학자인 Denis Basko, Igor Aeiner 및 Boris Altshuler는 해당 분야의 연구자들이 자신의 이니셜을 즉시 알아볼 수 있는 획기적인 논문을 발표했습니다. 여기에서 BAA는 금속의 원자 불순물이 전자를 국지화하여 원자 근처에 가두어 전도성 물질을 절연체로 변형시킬 수 있는지 여부를 연구했습니다.
173개의 방정식과 24개의 그림(부록 제외)으로 구성된 88페이지의 밀도 높은 수학에서 BAA는 앤더슨이 입자 하나를 멈출 수 있다는 것을 보여준 것처럼 지저분한 물질이 실제로 궤도에 있는 전자 그룹을 멈출 수 있음을 보여주었습니다. 그들의 작업은 다체 위치 파악(MBL) 연구를 효과적으로 시작했습니다.
Khemani는 "정말 대단한 일이었습니다."라고 말했습니다. "그들은 MBL이 모든 차원에서 안정적이라는 것을 보여주었습니다." 작업도 뚫을 수 없었습니다. 연구자들은 그것을 믿었지만 이를 기반으로 삼을 만큼 충분히 이해하지 못했습니다. 러트거스 대학의 응집물질 물리학자인 제드 픽슬리(Jed Pixley)는 "그들 외에는 실제로 BAA 계산을 할 수 있는 사람은 아무도 없습니다."라고 말했습니다.
그러나 BAA의 발견은 프린스턴 캠퍼스 전체에 파문을 일으켰습니다. Basko는 그의 친구인 Vadim Oganesyan에게 말했고, 그는 그의 고문인 David Huse와 이에 대해 논의했습니다. 두 사람은 이미 열화라는 보다 추상적인 맥락에서 BAA의 아이디어를 보다 직접적으로 테스트할 수 있는 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하고 있었습니다.
시뮬레이션에서 Huse와 Oganesyan은 위쪽이나 아래쪽을 가리키고 이웃을 뒤집을 수 있는 양자 입자 체인을 설정했습니다. 위치화 방법에 따라 점점 더 많은 무질서를 추가했을 때 입자 사슬이 열화 시나리오(예를 들어 빠르게 뒤집히는 입자가 에너지를 퍼뜨리고 이웃을 뒤집기 시작하는 경우)에서 거의 국부적인 시나리오(입자가 에너지를 유지하는 경우)로 전환되는 징후를 확인했습니다. 특정 무질서 수준에서 열화에서 국소화로의 전환은 특정 온도에서 발생하는 액체와 얼음 사이와 같은 물질의 위상 간 전환처럼 보였습니다.
Merrill Sherman/Quanta 매거진
MBL이 일종의 단계로 인정받을 수 있을까요? 위상은 물리학에서 특별한 지위를 갖습니다. 그들은 또한 특별한 정의를 가지고 있습니다. 결정적으로, 물질의 위상은 무한히 오랜 기간 동안, 그리고 무한히 큰 시스템에 대해 안정적이어야 합니다. 실제로 열화와 국지화 사이에 전환이 있었고, 무한 시스템에 대해 국지화가 무한정 발생했다면 아마도 두 가지 유형의 안정성은 그 자체로 하나의 단계로 간주될 수 있을 것입니다.
Oganesyan과 Huse는 무한히 긴 사슬을 무한히 오랜 시간 동안 시뮬레이션할 수 없었기 때문에(약 12개의 입자를 시뮬레이션할 수 있었습니다), 불완전한 위치 파악 징후를 본 것에 놀라지 않았습니다. 하지만 체인을 길게 만들면서 현지화로의 전환이 더욱 날카로워졌습니다. 2006년에 게시된 그들의 첫 번째 작업은 충분히 무질서한 무한히 긴 사슬에 대해 위치 파악 단계가 존재할 수 있다는 흥미로운 가능성을 예고했습니다.
아마도 더 중요한 것은 그들의 시뮬레이션이 이해하기 쉽다는 점일 것입니다. "David는 누구나 할 수 있도록 계산을 했습니다."라고 Pixley는 말했습니다.
후속 수치 연구는 거친 지형이 에너지를 국지화할 수 있다는 개념을 뒷받침했고 물리학자들은 그 의미를 고려하기 시작했습니다. 종종 열의 형태로 나타나는 에너지의 홍수는 양자 물질의 섬세한 단계를 제거합니다. 그러나 충분히 들쭉날쭉한 피크가 에너지 확산을 막을 수 있다면 양자 구조는 어떤 온도에서도 효과적으로 살아남을 수 있습니다. 프린스턴 대학원생으로 MBL을 공부한 보스턴 대학 물리학자 아누샤 찬드란(Anushya Chandran)은 “우리가 실제로 연관시키고 영하의 온도에서만 이해할 수 있는 현상을 얻을 수 있다”고 말했습니다.
MBL에서 성장한 주목할만한 양자 구조 중 하나는 시간에 따른 패턴이었습니다. 특정 속도로 입자 체인의 한쪽 끝을 뒤집으면 전체 체인은 뒤집기에서 에너지를 흡수하지 않고 두 구성 사이에서 뒤집힐 수 있습니다. 이러한 "시간 결정"은 물질의 이국적인 비평형 상태였으며, 이는 충분히 무질서한 환경으로 인해 상상할 수 있는 입자 배열이 열 평형에 도달하는 것을 막았기 때문에 가능했습니다.
이 무렵 프린스턴을 거쳐 시간 결정체를 이해하고 창조하는 데 선구적인 역할을 하게 될 Khemani는 “유사한 것은 없습니다.”라고 말했습니다. "이것은 완전한 패러다임 전환입니다."
이론적 퍼즐의 마지막 조각은 2014년 버지니아 대학의 수리물리학자인 존 임브리(John Imbrie)가 충분한 무질서로 무한히 긴 입자 사슬을 엮을 수 있다면 모든 구성이 국부적으로 유지된다는 사실을 보여주면서 완성되었습니다. 이웃과 상호작용하는 입자의 능력에도 불구하고, 입자는 개별적으로 영원히 자신의 일을 계속할 것입니다.
물리학에서 보기 드문 엄격한 수학적 증명은 5년에 걸친 노력의 결과였습니다. 국산화가 가능함을 보장하며 위상을 확고히 한 것입니다. “수학적 논쟁을 할 때는 모든 가능성을 고려해야 합니다.”라고 Imbrie는 말했습니다. “그것도 아름다움의 일부입니다.”
같은 시기에 차가운 원자를 전문적으로 다루는 실험실의 물리학자들은 실제 입자가 디지털 입자와 거의 동일한 방식으로 거동한다는 것을 확인했습니다. 1D 라인으로 배열된 경우와 2D 그리드로 배열된 경우 모두 빛의 산으로 분리된 적당한 수의 원자가 빙하의 속도로 퍼집니다.
실험적, 수학적, 수치적 증거가 우세한 MBL은 자기 및 초전도성과 함께 상전이의 판테온에 들어갈 운명인 것처럼 보였습니다. 물리학자들은 다양한 차원의 다양한 시스템이 예상되는 열역학적 운명을 노골적으로 무시할 수 있다고 예상했습니다.
2022년 미국물리학회(American Physical Society)는 알트슐러(Altshuler), 후세(Huse), 알라이너(Aeiner)에게 권위 있는 라르스 온사거상(Lars Onsager Prize)을 수여했습니다. 이 상은 물질이 자화되면서 만화 모델이 상전이를 포착했다는 사실을 증명한 수학 물리학자의 이름을 딴 것입니다.
그러나 상이 수여되기 전에도 무한한 내구성을 지닌 구조에 대한 아이디어는 무너지기 시작했습니다.
동요의 시작
첫 번째 진동은 Imbrie의 증명 후 약 1년 반 후에 발생했습니다.
열화에서 위치화로의 전환은 익숙한 물질 단계 간의 전환처럼 진행되는 것으로 생각됩니다. 예를 들어, 금속이 자화되면 특정 특성이 특정 속도로 변경되며, 이는 꼼꼼하게 계산된 방정식으로 설명됩니다. 이 방정식의 특정 값에는 x의 2와 같은 특정 지수가 있습니다. 2.
한 차원의 실제 위상 전이를 위해 수학자들은 이들 지수 중 두 개가 2보다 커야 함을 증명했습니다. 그러나 MBL 시뮬레이션에서는 두 지수가 1인 것으로 나타났습니다. 이는 큰 불일치입니다. 2015년에 게시된 아직 출판되지 않은 사전 인쇄본에서 Oganesyan과 Chandran은 Boston University의 Christopher Laumann과 함께 불일치가 무한 사슬이 아닌 짧은 사슬 연구의 사소한 부작용이 아니라는 것을 보여주었습니다. 좀 더 근본적인 것이 문제가 있는 것 같았습니다.
후세는 “그들은 그것을 주의 깊게 조사했다”고 말했다. "하지만 무엇이 잘못되었는지 알 수 없었습니다."
그 후 몇 년 동안 더 큰 충격이 연달아 찾아왔습니다. MBL로 이어질 산악 풍경을 상상해보세요. 이제 그 풍경을 모든 방향으로 무한대로 확장하세요. 무작위로 충분히 탐색하면 어느 시점에서 확장된 플랫 패치를 만나게 될 것입니다.
평평한 구역의 입자는 터널링과 유사한 에너지 상태를 쉽게 찾을 수 있으므로 혼합되고 열화됩니다. 그러한 지역에는 에너지 상태가 풍부하여 인근 산의 입자가 접촉하여 스스로 열화될 가능성이 증가한다고 KU Leuven의 De Roeck과 당시 프랑스 Paris-Dauphine 대학에 있던 François Huveneers가 주장했습니다. 따라서 플랫 존은 열화 에너지의 원천이 될 수 있습니다.
하지만 그렇게 작은 패치가 전체 시스템을 무너뜨릴 수 있을까요? 이 시나리오는 직관적으로 덴버의 온수 욕조가 Vail, Breckenridge 및 Telluride에서 용해를 일으키는 것처럼 그럴듯해 보였습니다. 물리학자들은 이를 즉시 받아들이지 않았습니다. De Roeck과 Huveneers가 회의에서 가능성을 제기했을 때 그들의 연설은 청중의 분노를 불러일으켰습니다.
“정말 놀랐습니다.” De Roeck이 말했습니다. “처음에는 많은 사람들이 우리를 믿지 않았습니다.”
2016년부터 시작된 일련의 논문에서 De Roeck, Huveneers 및 협력자들은 현재 눈사태로 알려진 과정에 대한 사례를 제시했습니다. 그들은 온수 욕조와는 달리 열화된 입자 한 방울이 바다로 눈덩이처럼 불어날 수 있다고 주장했습니다.
Imbrie는 “열탕이 있고 이웃 사이트를 열탕으로 모집합니다.”라고 말했습니다. "그것은 점점 더 강해지고 점점 더 많은 사이트를 끌어당깁니다. 이것이 바로 눈사태입니다."
중요한 질문은 눈사태가 추진력을 얻을 것인지 아니면 잃을 것인지였습니다. 각 단계마다 열욕은 실제로 더 크고 더 나은 에너지 저장고가 될 것입니다. 그러나 각 단계는 또한 다음 현장의 열화를 더욱 어렵게 만들었습니다. 앤더슨의 단일 입자 위치화를 연상시키는 논쟁은 두 가지 효과, 즉 욕조의 개선과 추가 성장의 어려움 사이의 경쟁으로 귀결되었습니다.
De Roeck과 Huveneers는 눈사태가 빠르게 성장하는 면적(2D) 또는 부피(3D)와 관련된 속도로 에너지 상태를 엄청나게 빠르게 비축하기 때문에 2차원과 3차원에서 승리할 것이라고 주장했습니다. 대부분의 물리학자들은 이러한 풍경에서 눈사태가 멈출 수 없다는 사실을 받아들이게 되었고, 이로 인해 MBL은 시트나 벽돌로는 먼 전망을 갖게 되었습니다.
그러나 1차원 사슬에서 MBL의 가능성은 살아남았습니다. 왜냐하면 선을 가로지르는 눈사태가 에너지 상태를 더 느리게 축적하기 때문입니다. 실제로, 성장 난이도가 상승하는 것과 거의 같은 속도로 열욕이 더욱 강력해집니다. 그것은 넥타이였습니다. 눈사태는 1차원으로 계속될 수도 있고 멈출 수도 있습니다.
한편, 다른 물리학자들은 MBL이 1차원 체인에서도 존재할 수 있다는 것에 회의적이었습니다. 2019년 Tomaž Prosen을 포함한 슬로베니아 혼돈 전문가 팀은 오래된 수치 데이터를 재분석하고 지형이 산이 많아짐에 따라 열화가 엄청나게 느려졌지만 완전히 멈추지 않았다는 사실을 강조했습니다. 이는 MBL 연구원들이 소규모 시뮬레이션의 인공물로 받아들인 불편한 진실입니다. 보스턴 대학의 Anatoli Polkovnikov와 현재 뉴욕 대학 및 Flatiron Institute의 Dries Sels도 비슷한 결론에 도달했습니다. 그들의 주장은 MBL의 핵심 매력인 양자 모래성에 대한 영생의 약속에 직접적으로 도전했습니다.
Chandran은 "MBL에 대해 이야기하는 이론가 수준에서는 [열화 시간]이 단지 우주의 나이가 아니고 우리가 볼 수 없는 정직한 체제가 있습니다. 아니요, 정말 무한합니다."라고 Chandran은 말했습니다.
학술 문헌과 개인 토론 모두에서 활발한 토론이 이어졌습니다. Sels와 Huse는 팬데믹이 심화되는 동안 Zoom에서 몇 시간을 보냈습니다. 그들은 때때로 서로 이야기를 나누었지만, 서로가 생산적인 통찰력을 가지고 있다고 믿었습니다. 논쟁의 내용은 극도로 기술적이며, 관련 연구자조차도 모든 관점을 완전히 설명할 수는 없습니다. 그러나 궁극적으로 그들의 차이점은 각 진영으로 귀결되어 서로 다른 교육을 받은, 즉 극도로 교육받은 사람들이 일련의 입자가 영원히 뒤집히는 것을 볼 수 있다면 무엇을 보게 될지 추측하게 됩니다.
양측은 여전히 진정한 MBL 단계가 한 차원에 존재하는지 여부에 대해 의견이 일치하지 않지만, 충돌의 구체적인 결과 중 하나는 이로 인해 연구자들이 눈사태가 MBL의 시작 추정에 미칠 수 있는 영향을 면밀히 조사하게 되었다는 것입니다.
회의적인 그룹은 "아주 좋은 점을 몇 가지 갖고 있었지만, 그들은 그 점을 조금 과하게 받아들였습니다"라고 Huse는 말했습니다. “정말 동기 부여가 됐어요.”
Huse는 Khemani를 포함한 MBL 베테랑 팀과 협력하여 실제로 눈사태를 유발하지 않고 짧은 체인에서 눈사태의 효과를 시뮬레이션하는 방법을 고안했습니다. (수치적으로도 눈사태를 본 사람은 아무도 없습니다. 왜냐하면 충분히 큰 평평한 지점을 얻으려면 수십억 개의 입자 길이가 필요할 수 있기 때문이라고 Sels는 추정하며 연구자들은 일반적으로 약 12개의 사슬을 연구합니다.) Sels는 이후 자신만의 눈사태 모형을 개발했습니다.
두 그룹은 2021년에 비슷한 결론에 도달했습니다. MBL 전환이 존재한다면 연구자들이 믿었던 것보다 훨씬 더 많은 산악 지형이 필요했습니다. 이전에 MBL을 발생시킬 것으로 생각되었던 견고성 수준으로 인해 열화 속도가 느려지지만 멈추지는 않을 것입니다. 양자 눈사람에게 눈사태에 맞서 싸울 기회를 주기 위해서는 풍경이 Huse와 회사가 예상했던 것보다 더 무질서해야 합니다. Huse의 그룹은 처음에 산이 최소한 두 배는 더 견고해야 한다는 것을 발견했습니다. Sels의 작업으로 그 수는 험준함보다 최소 6배까지 높아져 산이 로키산맥보다는 히말라야산과 더 비슷해졌습니다. MBL은 이러한 극단적인 환경에서 여전히 발생할 수 있지만 덜 견고한 전환을 중심으로 구축된 이론에는 실제로 문제가 있었습니다.
Huse는 "우리는 그것을 너무 철저하게 받아들였고 그 미묘함을 고려하지 않았습니다"라고 말했습니다.
2021년 연구에서 연구원들은 1D 체인에 대한 MBL 단계 다이어그램을 다시 작성하고 확장했습니다. 캔자스 같은 평지에서는 입자가 빠르게 열화됩니다. 로키산맥에서 연구자들은 MBL "단계"를 "열전 체제"로 재분류했습니다. 이것이 BAA, 프린스턴 시뮬레이션, 원자 실험을 통해 발견된 겉보기에 안정적인 체제입니다. 그러나 이제 연구자들은 극도로 오랜 시간(일부 설정의 경우 말 그대로 수십억 년)을 기다리면 로키산맥에 의해 분리된 입자가 실제로 혼합되어 열화될 것이라는 결론을 내렸습니다.
로키산맥 너머에는 히말라야가 있습니다. 무슨 일이 일어나는지는 아직 공개된 질문으로 남아 있습니다. Sels와 Prosen은 비록 오랜 시간이 걸리더라도 에너지가 확산되고 결국 열화가 일어날 것이라고 확신합니다. Huse와 회사는 진정한 MBL이 시작될 것이라고 계속 믿고 있습니다.
MBL을 믿는 가장 중요한 이유는 2014년 증거입니다. 진정한 MBL의 존재를 뒷받침하는 수많은 증거 중 Imbrie의 증거가 마지막 증거입니다. 그리고 그는 이러한 유형의 문제를 위한 맞춤형 수학적 도구를 개발한 후 이를 옹호하고 있습니다.
"수학에서 증명에 오류가 있는 경우가 드물지 않습니다. 하지만 저는 제가 무엇을 하고 있는지 알고 있다고 생각합니다."라고 그는 말했습니다.
그러나 그 증거는 물리학자들을 분열시킵니다. 왜냐하면 물리학자들은 그것을 이해하지 못하기 때문입니다. 노력이 부족해서가 아닙니다. Laumann은 Imbrie에게 이탈리아에서 일주일 동안 그와 소수의 연구원들에게 증명을 가르치도록 요청했지만 그들은 그 단계를 자세히 따라갈 수 없었습니다. 하지만 물리학자들은 일반적으로 수학자보다 더 빠르고 느슨한 방식으로 수학을 사용하기 때문에 이는 전혀 놀라운 일이 아닙니다. Imbrie의 주장은 환경의 특정 견고성 수준에 의존하지 않으므로 MBL 단계 다이어그램의 최근 수정 사항은 결코 이를 약화시키지 않습니다. MBL이 실제로 존재하는지 확인하기 위해 연구자들은 긴장을 풀고 증거에서 문제를 찾거나 모든 라인을 확인해야 합니다.
벨기에 KU Leuven의 Wojciech De Roeck은 작은 질서가 광대하고 무질서한 풍경을 불안정하게 만들 수 있다는 사실을 보여주는 데 도움을 주었습니다.
파에제 코다반데루
그러한 노력이 진행되고 있습니다. Sels와 협력자들은 Imbrie의 주장과 모순되는 주장을 마무리 짓고 있다고 말합니다. 한편 눈사태의 위협을 발견한 수학자 De Roeck과 Huveneers는 Imbrie의 증명을 보다 접근하기 쉬운 형식으로 다시 작성하기 위해 2년 동안 노력했습니다. De Roeck은 모든 주요 부분을 제자리에 배치했으며 현재까지는 논리가 탄탄해 보인다고 말했습니다.
“MBL은 존재한다고 믿습니다.” De Roeck이 말했습니다. 하지만 "우리는 여기서 수학을 하고 있기 때문에 작은 문제라도 전체를 망칠 수 있습니다."
퀀텀 엔젤을 넘어서
우리가 살고 있는 우주에서, 이해할 수 없는 몇 년이 지나면 스스로 열화될 것이기 때문에 영속성은 항상 환상에 불과합니다. 맨해튼은 10년에 1.6센티미터씩 자중으로 가라앉고 있습니다. 두 대륙은 대략 2억 5천만년 안에 합쳐질 것입니다. 중세 스테인드글라스 창문의 바닥이 수세기에 걸쳐 약간 두꺼워졌다는 것은 신화에 불과하지만, 물리학자들은 유리가 알 수 없는 기간, 아마도 수십억 년 이상에 걸쳐 흐른다고 믿고 있습니다.
MBL이 불안정한 것으로 판명되면 다체 국소화 시스템은 적어도 이러한 예만큼 내구성이 있을 것입니다. MBL 상태에 의존하는 양자 현상도 마찬가지입니다. 예를 들어, 타임 크리스탈은 교과서에서 '물질의 단계'라는 명칭을 잃을 수 있지만 이를 시뮬레이션하는 양자 컴퓨터(또는 컴퓨터를 작동하는 인간)보다 훨씬 더 오랫동안 계속해서 작동할 수 있습니다. 많은 학자들은 열화를 물리칠 수 있는 수학적 가능성에 대해 아름답고 학문적인 질문으로서 깊은 관심을 갖고 있습니다. 하지만 요즘에는 대부분의 사람들이 그것 때문에 잠을 많이 못 자고 있습니다.
“아마도 항상 핀 머리 위에서 춤추는 천사들이었을 것입니다.”라고 Chandran은 말했습니다.
대신 찬드란과 다른 이들은 물리학자들이 작은 시스템에서 실제로 관찰할 수 있는 새로운 열화 현상을 발견할 수 있는 기회를 누렸습니다.
2018년에 그녀와 그녀의 공동 작업자인 Philip Crowley는 작은 사슬이 너무 작아서 평평한 지점이 나타날 수 없음에도 불구하고 왜 천천히 열화되는 것처럼 보이는지 이해하기 시작했습니다. 두 사람은 입자 그룹이 때때로 운이 좋아서 새로운 구성으로 전환하는 데 필요한 정확한 양만큼 이웃 그룹으로부터 에너지를 빌린다는 사실을 확인했습니다. 그들은 이러한 우연의 일치를 "공명"이라고 명명하고 그룹에서 그룹으로 확산되는 경향이 있는 방식을 관찰하여 눈사태에 비해 너무 작은 시스템에서 열화가 지연되는 현상을 관찰했습니다. 2020년에 그들은 공진이 2015년 지수 불일치와 수치 실험에서 나타난 많은 수상한 특징을 설명할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 통찰은 Huse와 회사가 2021년 짧은 사슬에 대한 단계 다이어그램을 업데이트하는 데 도움이 되었습니다.
오늘날 물리학자들은 공명이 로키산맥 수준의 무질서로 인해 보통의 사슬을 불안정하게 만드는 반면 눈사태는 더 높은 수준의 무질서에서 더 긴 사슬을 불안정하게 한다고 믿습니다.
Chandran과 다른 사람들은 시뮬레이션과 실험을 개선하고 더 길고 견고한 체인을 탐색하면서 히말라야와 그 너머에 또 무엇이 숨어 있을지 궁금해합니다.
Huse는 "거기에는 다른 물리학이 진행되고 있는 것 같습니다."라고 말했습니다. "그게 제일 좋을 것 같아요. 저는 새로운 것을 찾는 걸 좋아해요."
편집자 주:이 기사에 등장하는 몇몇 연구자들은 Simons 재단으로부터 자금을 지원받았으며, 이 재단은 편집적으로 독립된 이 잡지에도 자금을 지원했습니다. Simons Foundation 기금 결정은 우리의 보장 범위에 영향을 미치지 않습니다. 자세한 내용을 확인하세요 여기 .
