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物理学家们将AdS/CFT对偶场论应用于宇宙学

时间:2023-06-08 05:00:01

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物理学家们将AdS/CFT对偶场论应用于宇宙学

在理论物理学中,AdS/CFT对偶,全称:反德西特/共形场论对偶,英语:Anti-de Sitter/Conformal Field Theory correspondence,是两种物理理论间的假想联系。对偶的一边是反德西特空间的量子引力理论,由弦论与M理论表示;对偶的另一边是是量子场论的一种——共形场论,包括描述基本粒子的杨-米尔斯理论相近的理论。

在过去的几十年中,AdS/CFT对偶构造已在广泛的科学研究领域中得到应用。例如,科学家们试图使用AdS/CFT来推动全量子引力论的发展。如下图所示带“世界末梢”的带电黑洞的彭罗斯图。膜皮从黑洞水平线中扩展出来并向后退去,从而切掉了左侧渐近区域的一部分:蓝色阴影区域不是几何图形的一部分。双CFT位于右渐近边界上。

马里兰大学的一组研究人员最近探索了这种理论结构在宇宙学研究中的潜力,在发表于最近的《自然物理学》上的一篇论文中,他们展示了如何通过结合AdS/CFT的元素在微观上实现先前提出的宇宙学模型。

研究人员表示:“我们的工作建立在两个想法的交汇处。” “第一个是AdS/CFT对应关系,这是研究量子引力理论的研究最深入的框架之一。”

AdS/CFT实质上是将渐近AdS时空中的引力理论与不考虑重力且尺寸较小的CFT之间的关系进行理论化。研究团队在考虑是否有可能使用这种理论构造来描述宇宙宇宙的演化,该理论构造迄今主要应用于其他研究主题。

研究人员解释说,“当试图回答这个问题时,第二个想法开始起作用:Randall-Sundrum模型及其推广提出,我们的4维宇宙可能是嵌入在5维渐近AdS时空中的4维膜。”

在物理学中,Randall–Sundrum模型,也称为5维扭曲几何理论,是用扭曲几何的高维宇宙或更具体地描述为5维反德西特空间的模型来描述世界的模型。

该研究基于Swingle和其他研究人员提出的想法,过去的这项研究探讨了某些高能全息CFT状态对应于黑洞微状态的可能性。

在弦论和其他相关的物理学理论中,膜(英语:brane)是一种动态的物理物体,将点粒子的概念推广至更高维度,可以根据量子力学定律在时空中传播。点粒子可以视为零维的膜,弦可视为一维的膜,更高维的膜也可能存在。

在该研究新论文中,研究人员希望通过显示存在与电荷黑洞几何形状成对偶的荷电黑洞几何形状的特定CFT状态,来确定一种可以在AdS/CFT对应关系中研究Randall-Sundrum膜世界的方法。在第二个渐近区域中生活的“世界”膜皮,它出现在黑洞的视线内并掉回黑洞的视线内。

“在4维AdS黑洞时空中4-D膜皮的运动就像是一个观察者"生活在膜上"的4维FLRW宇宙的演化。” “但是,要使“膜世界”(Brane-World)模型有意义,这种观察者还必须将引力有效地视为二维的,这与原始Randall-Sundrum模型中的情况一样。但是,在存在大黑洞的情况下,这种‘引力定位’现象特别难以解决。”

研究团队提出的模型表明,在适当的条件下并且在其演化过程的一部分中,膜皮远离黑洞的视线,并且运动缓慢。研究人员表明,在这种特殊情况下,引力扰动仍然局部存在于膜上。

这是因为扰动被负三角电位“困住”,该三角电位是由于膜皮所在位置的诺伊曼边界条件引起的。换句话说,在这种情况下,假设的4维观察者将引力解释为4维,只要他们不尝试探测很大的空间比例即可。

如上图所示引力模式的波函数“捕获”在膜上,作为一种称为乌龟坐标的函数。骨位置处的尖峰(右下插图)表明引力很好地分布在骨上。黑洞视界附近(左上插图)的振荡行为表明,引力局部化只是局部的,并且陷波模式具有有限的寿命。

研究人员说:“这项工作有两个主要成就。” “首先,它显示了带电的黑洞微状态的存在,这些状态可以进行全息双重描述,同时涉及距离黑洞地平线足够远的“世界末日”(ETW)膜皮,以可能支持引力定位。第二,我们发现,地心引力确实是局限在这样的世界里的。”

所提出的这样的想法最终可以为描述量子宇宙学现象并在量子计算机上模拟这些现象开辟新的可能性。虽然到目前为止,研究人员只是根据理论制作了一个初步模型,要有效地将其应用于宇宙学问题,还需要做很多工作,但是他们的工作引入了一种研究AdS/CFT对应关系中的宇宙学的新方法,从而对宇宙中的量子引力进行了探索。

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网友评论
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显示评论内容(2)
  1. 折衷2023-11-13 22:18折衷[云南省网友]101.203.191.35
    这种理论应用可以帮助我们更深入地理解宇宙奥秘。
    顶1踩0
  2. じ失╰→意2023-08-26 13:39じ失╰→意[河南省网友]123.253.63.253
    这种跨学科应用真是让人叹为观止!
    顶9踩0
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