Language
Country/Area
No result found
Mối liên hệ kỳ lạ giữa thông tin và vật chất: Làm thế nào để sử dụng thông tin để hiểu được hoạt động của vũ trụ?
Trong vật lý hiện đại, bản chất của thông tin và mối quan hệ của nó với vật chất đã khơi dậy suy nghĩ của nhiều nhà khoa học. Theo nguyên lý toàn ảnh, hoạt động của vũ trụ có thể được hiểu thông qua thông tin, một quan điểm làm thay đổi sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về các thực thể vật lý. Nguyên lý toàn ảnh lần đầu tiên được đề xuất bởi Gerard Hoft và được phát triển và thể hiện bởi Liam Susskind. Ý tưởng cốt lõi của nó là mô tả không gian ba chiều thực sự có thể được coi là được nhúng trong ranh giới hai chiều. Thông tin về.
"Thế giới ba chiều mà chúng ta trải nghiệm—đầy rẫy các thiên hà, hành tinh, nhà cửa, đá và con người—thực chất là một ảnh ba chiều, một thực tại được mã hóa trên một bề mặt hai chiều xa xôi."
Cơ sở cho lý thuyết này xuất phát từ giới hạn Bekenstein, cho rằng entropy tối đa của bất kỳ vùng nào đều tỷ lệ thuận với diện tích chứ không phải thể tích của vùng đó. Điều này cho thấy nội dung thông tin của cả lỗ đen và vật chất thông thường đều có thể được ghi lại đầy đủ tại ranh giới của chúng, cho phép chúng ta suy nghĩ lại về cấu tạo của vật chất.
Nghịch lý thông tin lỗ đen
Tính toán của Hawking cho thấy bức xạ phát ra từ hố đen dường như không phụ thuộc vào vật chất mà nó hấp thụ, điều này làm nảy sinh một nghịch lý sâu sắc. Theo cơ học lượng tử, khi hàm sóng của trạng thái lượng tử thay đổi, sẽ có luồng thông tin tương ứng. Tuy nhiên, nếu một lỗ đen có thể hấp thụ các trạng thái tinh khiết nhưng chỉ phát lại bức xạ ở các trạng thái hỗn hợp thì điều này có nghĩa là thông tin sẽ bị mất, vi phạm nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử. Nghịch lý này buộc các nhà khoa học phải khám phá mối liên hệ sâu sắc hơn giữa cấu trúc vũ trụ và thông tin.
"Entropy của một lỗ đen tỷ lệ thuận với diện tích chân trời sự kiện của nó, chứ không phải theo cách thông thường là nó tăng theo thể tích."
Sự tương đương của thông tin và vật chất
Theo truyền thống, entropy được coi là thước đo "sự hỗn loạn" trong một hệ thống vật lý. Tuy nhiên, sử dụng khái niệm entropy của Shannon, lượng thông tin cũng có thể được xem như thước đo sự tồn tại của vật chất, đưa đến quan điểm mới rằng có thể có mối liên hệ nội tại sâu sắc giữa các đặc tính của vật chất và nội dung thông tin. .
Trong bài viết của mình, Bekenstein chỉ ra rằng entropy nhiệt động lực học và entropy Shannon về mặt khái niệm là tương đương nhau, điều này cung cấp cho chúng ta một góc nhìn hoàn toàn mới về việc hiểu ranh giới giữa vật chất và thông tin. Ông hỏi:
Câu hỏi này thúc đẩy mọi người suy ngẫm liệu thông tin có phải là chìa khóa để hiểu được sự tồn tại của vật chất hay không."Liệu chúng ta có thể nhìn thấy toàn bộ thế giới trong một hạt cát như William Blake đã mô tả không, hay đây chỉ là một câu nói mang tính thơ ca?"
Sự tương ứng của AdS/CFT và việc thực hành nguyên lý toàn ảnh
Sự tương ứng AdS/CFT là minh họa quan trọng cho nguyên lý toàn ảnh, cung cấp mối liên hệ giữa không gian phản de Sitter và lý thuyết trường tương hình. Sự tương ứng này không chỉ cung cấp phương tiện để củng cố các lý thuyết hấp dẫn lượng tử mà còn cho phép chúng ta nghiên cứu các lý thuyết trường liên kết mạnh theo cách lý thuyết trường lượng tử. Theo sự tương ứng này, khi các tương tác mạnh xuất hiện trong lý thuyết trường lượng tử thì các trường trong lý thuyết hấp dẫn là các tương tác yếu.
Điều này cho phép nhiều bài toán vật lý hạt nhân và vật lý vật chất ngưng tụ được chuyển đổi thành các bài toán dễ giải hơn về mặt toán học, thúc đẩy đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về thế giới lượng tử.
Thử nghiệm nguyên lý toàn ảnh
Mặc dù cơ sở lý thuyết của nguyên lý toàn ảnh được chấp nhận rộng rãi, việc xác minh thực nghiệm vẫn còn gặp nhiều thách thức. Các thí nghiệm về hạt nhỏ có thể cung cấp những hiểu biết mới về nguyên lý toàn ảnh, và Bekenstein đã đề xuất thử nghiệm nó trong các thí nghiệm trên bàn. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu dữ liệu thực nghiệm được chấp nhận rộng rãi để hỗ trợ các lý thuyết này.
Ví dụ, Kirk Hogan của Phòng thí nghiệm quốc gia Fermi đã đề xuất rằng, theo nguyên lý toàn ảnh, các biến động lượng tử ở vị trí không gian sẽ dẫn đến "tiếng ồn toàn ảnh" có thể đo được được quan sát thấy trong các máy dò sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, những tuyên bố này vẫn chưa được cộng đồng khoa học công nhận rộng rãi.
Khi các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu lực hấp dẫn lượng tử và các nguyên lý toàn ảnh, họ mong đợi nhiều khám phá mang tính đột phá hơn nữa sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cách vũ trụ hoạt động.
Và bên dưới lý thuyết phức tạp này, liệu có còn một sự thật sâu xa hơn mà chúng ta chưa hiểu không?
