دانشمندان از رایانش کوانتومی سیاهچاله برای درک جهان هولوگرافیک استفاده می‌کنند
در پژوهشی تازه دانشمندان پیشنهاد کرده‌اند که درک آنچه درون سیاهچاله روی می‌دهد و حتی ابعاد دیگر جهان، ممکن است توسط محاسبات کوانتومی روی ذرات اطراف سیاهچاله امکان‌پذیر باشد.
درون یک سیاهچاله چه روی می‌دهد؟ و آنچه داخل سیاهچاله رخ می‌دهد چگونه به جهان خارج از آن مرتبط می‌شود؟ این معمایی است که دانشمندان برای چندین دهه پاسخی برای آن نداشته‌اند. رازی که می‌تواند شیوه‌ی تفکر ما درباره‌ی ماهیت جهان را دوباره تعریف کند.
در مقاله‌ای که ۱۰ فوریه (۲۱ بهمن) در نشریه‌ی «پی‌آرایکس کوانتوم» (PRX Quantum) منتشر شد، فیزیکدانان از رایانه‌های کوانتومی و یادگیری ماشینی، فناوری محاسباتی که هسته‌ی نرم‌افزار تشخیص چهره و پردازش زبان طبیعی است، برای آزمایش اتصال احتمالی استفاده کردند.
سیاهچاله‌ها بر پایه‌ی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین که جهان را در مقیاس‌های بزرگ توصیف می‌کند، فعالیت می‌کنند. اما ذرات ریز بیرون سیاهچاله بر اساس قوانین مدل استاندارد فیزیک ذرات عمل می‌کنند که جهان را در ریزترین مقیاس توصیف می‌کند.
بین این دو سیستم توصیفی، هم‌پوشانی اندک و اختلاف زیادی وجود دارد. «انریکو رینالدی» (Enrico Rinaldi) فیزیکدان دانشگاه میشیگان و مؤسسه‌ی تحقیقاتی ریکن (RIKEN) ژاپن و نویسنده‌ای اصلی این مقاله گفت: «ارتباط این دو نظریه‌ی متفاوت یک مسأله‌ی دیرینه در فیزیک است، چیزی که مردم از قرن گذشته سعی در حل آن داشتند.»
یک فرضیه که ممکن است این دو نظریه را به هم مرتبط کند، این ایده است که حرکات ذرات در صفحه‌ی دو بعدی بالای سیاهچاله، تقریبا ماند یک طرح هولوگرافیک نمایانگر حرکات سه بعدی سیاهچاله است. مفهومی که با نام دوگانگی هولوگرافیک شناخته می‌شود.
شبیه‌سازی مدل ماتریس کوانتومی برای توصیف گرانش سیاهچاله
Enrico Rinaldi/U-M, RIKEN and A. Silvestri
برای تصور این موضوع، به اثر سیاهچاله فکر کنید که فضا-زمان را به دلیل جرم بسیار زیادش دچار اعوجاج می‌کند. گرانش سیاهچاله که به‌صورت سه بعدی وجود دارد، از نظر ریاضی به ذراتی که بالای آن در حرکت هستند، در دو بعد متصل می‌شود. بنابراین یک سیاهچاله در یک فضای سه بعدی وجود دارد اما ما آن را از طریق حرکت دو بعدی ذرات پیش‌بینی می‌کنیم.
بدین ترتیب «دوگانگی هولوگرافیک» (Holographic Duality) در حقیقت یک حدس ریاضی است که نظریه‌های ذرات و برهم‌کنش آن‌ها را با نظریه‌ی گرانش مرتبط می‌کند. این حدس نشان می‌دهد که نظریه‌ی گرانش و نظریه‌ی ذرات از نظر ریاضی معادل هم هستند و آنچه از دید ریاضی در گرانش روی می‌دهد، در نظریه‌ی ذرات هم اتفاق می‌افتد و برعکس.
پژوهشگران امیدوارند بتوانند این موضوع را آزمایش کنند. ابتدا از یک رایانه‌ی کوانتومی برای شبیه‌سازی ذراتی که نمایانگر یک سیاهچاله هستند، استفاده می‌کنند و سپس از یادگیری ماشینی برای تجزیه‌وتحلیل شیوه‌ی برهم‌کنش ذرات با یکدیگر بهره می‌برند. محققان امیدوارند که این فرآیند به آن‌ها بینشی درباره‌ی تحوه‌ی عملکرد ذرات و سیاهچاله ارائه دهد. رینالدی گفت: «امیدواریم با درک ویژگی‌های این نظریه‌ی ذره توسط آزمایش‌های عددی، چیزی درباره‌ی گرانش بفهمیم.»
مدل‌های ماتریس کوانتومی نمایش‌هایی از نظریه‌ی ذرات هستند و با توجه به اینکه دوگانگی هولوگرافیک نشان می‌دهد از نظر رباضی آنچه در یک سیستم روی می‌دهد در دیگری هم اثرگذار است، حل چنین ماتریس‌های کوانتومی می‌تواند اطلاعاتی را درباره‌ی گرانش آشکار کند.
این موضوع از این جهت مهم است که دوگانگی هولوگرافیک می‌تواند حتی فراتر از سه بعد باشد. برخی از دانشمندان حتی پیشنهاد می‌کنند که جهان می‌تواند یک هولوگرام و در حقیقت تصویری از چیزی با ابعاد بیشتر باشد. موضوعی پیچیده به‌نظر می‌رسد اما روش تازه می‌تواند راهی برای دانستن بیشتر درباره‌ی آن باشد.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سیاهچاله
Credit: Interstellar/Paramount Pictures
