Журнал Кванта

25 мая 2023 г.

Ренате Лолл изучает текстуру пространства-времени, моделируя цифровые вселенные.

Илви Ньокиктьен для журнала Quanta

Штатный писатель

25 мая 2023 г.

Рената Лолль видела вселенные, в которых Доктору Стрэнджу снились кошмары. Она исследовала трехмерные миры, равнины и раздробленную реальность дробных измерений. Она видела вселенные с плавными изгибами и вселенные, взрывающиеся с сильными пиками. Она была свидетельницей вечно расширяющихся вселенных и вселенных, в которых космос не существует.

После просмотра этих и бесчисленного количества других космических историй, разыгрываемых в цифровой памяти ее компьютеров, Лолл больше не воспринимает ничего как нечто само собой разумеющееся – и уж точно не банальные три измерения пространства и одно измерение времени, составляющие ткань нашей реальности. .

«Ничто не предопределено», — сказал Лолл, физик-теоретик из Университета Радбауд в Нидерландах.

Лолл считает, что тщательная перепись этих цифровых вселенных может раскрыть некоторые аспекты квантовой гравитации — более точной квантовой теории, которая, предположительно, лежит в основе эйнштейновских представлений о пространстве, времени и гравитации. В общей теории относительности Эйнштейн определил гравитацию — загадочную силу — как следствие формы пространства и времени. Основной принцип квантовой теории предполагает, что эта форма — это не просто простая геометрия, а в некотором смысле среднее из всех возможных форм. К этим предположениям Лолл добавляет, казалось бы, очевидное требование, согласно которому причины предшествуют следствиям. Она подозревает, что этих трёх ингредиентов — геометрии, квантовой теории и причинности — достаточно, чтобы провести грубые вычисления фундаментальной структуры реальности — без необходимости использования петель, струн или дополнительных измерений.

Лолл и ее коллеги потратили более 20 лет на аппроксимацию реальности, используя шаблоны цифровых треугольников. Их теория, известная как причинно-динамическая триангуляция, показала, что если объединить множество возможных вселенных, можно создать космос, очень похожий на наш. Она и ее коллеги также нашли намеки на то, что в крошечных масштабах пространство-время может иметь совершенно неожиданную структуру — квантовый отпечаток смешения миров.

«Это первое подлинное доказательство того, что на коротких масштабах существует нетривиальная квантовая структура, о которой я бы никогда не подумала в классическом понимании», — сказала она.

Лолл, которую только что назвали кавалером Ордена Нидерландского Льва, недавно рассказала журналу Quanta Magazine о том, почему она стала симулятором пространства-времени, как она вообще создает все эти возможные вселенные и куда может пойти дальше поле квантовой гравитации. . Интервью было сокращено и отредактировано для ясности.

Получите журнал Quanta Magazine на свой почтовый ящик

видео: Рената Лолл описывает свою теорию причинно-следственных динамических триангуляций и то, как она может раскрыть некоторые аспекты квантовой гравитации.

Кристофер Уэбб Янг/Журнал Quanta; Илви Ньокиктьен для журнала Quanta

На самом деле я начал с дипломной работы по экономике, но вскоре затосковал по физике, которую изучал еще на бакалавриате. Экономика занимается прогнозированием поведения людей. Физика высоких энергий с ее фундаментальными законами намного проще.

Я провел 10 лет своей жизни в программе петлевой квантовой гравитации. Поначалу это было действительно интересно, но после бесчисленных чрезвычайно формальных и абстрактных расчетов, выполненных ручкой на бумаге, в начале 1990-х годов я начал испытывать зависть к другим группам, которые проводили более конкретные исследования пространства-времени, выполняя расчеты на компьютер.

Эти исследования показали, что компьютеры могут исследовать возможные квантовые структуры пространства-времени, но они изо всех сил пытались создать обширные структуры пространства, подобные той, которую мы видим. Мы с моим коллегой Яном Амбьерном задавались вопросом, не заключается ли проблема в том, что пространство-время, которое использовалось в этих исследованиях, имело нереалистичную, «евклидову» геометрию. Евклидово пространство-время вневременно. В них время, которое обычно указывает в одном направлении, превратилось в просто другое измерение пространства, не имеющее внутренней стрелки. Таким образом, в этих моделях нет никакого понятия причинности — требования, чтобы причина предшествовала следствию.