Холографската вселена: как забравените идеи на фон Нойман разкриват тайните на Вселената
Ето по какъв начин концепциите от предишното оказват помощ на актуалните учени да изследват космоса.
През 1932 година Джон декор Нойман, един от най-великите мозъци на XX век, трансформира коренно квантовата механика, като създава нови математически подходи за изложение на микрокосмоса. Още в младежките си години той прави значими открития, а в зрелост декор Нойман става прочут като откривател на теорията на игрите и участник в създаването на атомната бомба и първите компютри.
През октомври 1954 година декор Нойман е назначен за член на Комисията по атомна сила, чиято съществена задача е създаването и натрупването на нуклеарни оръжия. Той е одобрен от Сената на Съединените щати на 15-ти март 1955 година През месец май той и брачната половинка му се реалокират в предградието на Вашингтон, окръг Колумбия, Джорджтаун. През последните години от живота си декор Нойман е основен консултант по въпросите на атомната сила, атомните оръжия и междуконтиненталните балистични оръжия.
Едно от главните му достижения е основаването на математическа система за изложение на квантовите системи – така наречен алгоритмична алгебра на операторите. Въпреки това по времето си тези хрумвания не са получили необятно самопризнание заради своята трудност и остават в периферията на физиката.
Фон Нойман е и един от основателите на математически строгия уред на квантовата механика. През 1932 година той показва своя метод към аксиоматизацията на квантовата механика в „ Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik “ (Математически основи на квантовата механика).
С течение на времето науката се развива и класическата доктрина на относителността на Айнщайн, която сплотява пространството и времето в единна четириизмерна тъкан, наподобява като неизменима истина. Но скоро се оказа, че този модел се сблъсква с проблеми при рискови условия, като да вземем за пример при описанието на черни дупки. Черните дупки – области в пространството, където гравитацията е толкоз мощна, че светлината не може да ги избегне – заплашват цялата позната физика. Общата доктрина на относителността на Айнщайн към този момент не работи в тези области и са нужни нови принадлежности за разказване на процесите наоколо до черните дупки.
Физиците от дълго време подозират, че пространство-времето, сходно на други среди, в действителност е формирано от по-малки квантови обекти. Колебанията в най-малките мащаби „ раздират “ тъканта на пространство-времето, създавайки комплицирани условия, при които нормалните физични закони към този момент не важат. Именно тук работата на декор Нойман върху алгебрата на операторите придобива нов живот.
През миналите няколко години физиците започнаха да премислят концепциите на декор Нойман. Една от основните концепции, разпространявана от аржентинския физик Хуан Малдасена през 1997 година, е връзката сред квантовите полета и гравитацията. Малдасена предложи модел, прочут като сходството AdS/CFT, който демонстрира, че пространство-времето в три измерения може да бъде разказано благодарение на двуизмерна квантова доктрина на неговата гранична област. Тази концепция, въпреки и обвързвана с хипотетичната геометрия „ анти-де Ситер “ (AdS), където пространството има негативна кривина, дава опция гравитацията да се преглежда като непряк резултат на квантовата механика.
Моделът AdS/CFT отвори опцията за проучване на черните дупки и други рискови феномени в пространството през призмата на квантовите полета. Математическият модел оказва помощ да се разбере по какъв начин квантовите флуктуации на повърхността разказват процесите вътре в размера на пространство-времето, в това число тези, които се случват в черните дупки. В частност той оказва помощ на физиците да разработят теории, които да обяснят държанието на материята и силата в толкоз рискови условия.
Въпреки това към момента има нерешени въпроси. Например, какво в действителност се случва навътре в черната дупка? Изследователите се пробват да схванат по какъв начин пространство-времето се „ раздира “ в точката, наречена сингулярност, където законите на Айнщайн стават невалидни. Съвременните проучвания, учредени на операторната алгебра, разрешават на физиците да се приближат до разбирането на тези процеси.
Една от основните хрумвания, които оказват помощ в тези проучвания, е „ модулният поток “ – математическа идея, обвързвана с потока на времето. Този развой разказва по какъв начин системите в квантовия свят могат да поддържат непрекъсната температура и да взаимодействат с външната среда. Изследванията демонстрират, че модулният поток може да се употребява за разказване на това, което се случва с материята в черната дупка.
Физици като Хонг Лиу от Масачузетския софтуерен институт не престават да развиват тези хрумвания, употребявайки остарялата работа на декор Нойман. Изследванията демонстрират, че с увеличението на броя на квантовите полета на границата на една система техните взаимоотношения стават толкоз комплицирани, че пространство-времето се приближава до класическия съвършен модел на Айнщайн. Това оказва помощ да се разбере по какъв начин квантовите полета и тяхното усложнение могат да доведат до появяването на пространство-времето и да повлияят на неговата конструкция.
Важна стъпка напред бе неотдавнашното изобретение, че даже дребните квантови флуктуации в черните дупки могат да бъдат следени по какъв начин трансформират ентропията, което ни дава опция да разберем по-добре по какъв начин квантовите процеси въздействат върху цялостната конструкция на пространство-времето. Тези проучвания оказват помощ на физиците освен при проучването на черните дупки, само че и при основаването на обща доктрина на квантовата гравитация, която би описала както леките, по този начин и рисковите квантови резултати в пространството.
По този метод концепциите на декор Нойман, които в миналото са били считани за прекомерно комплицирани и надалеч от практиката, в този момент оказват помощ на физиците да напреднат в разбирането на най-загадъчните феномени във Вселената – от квантовата природа на пространство-времето до структурата на черните дупки.
