(資料圖)

被稱為“魔術”的量子特性可能是解釋空間和時間如何出現的關鍵，三位RIKEN物理學家的一項新數學分析表明。該研究發表在《物理評論D》雜志上。

很難想象有什么比支撐宇宙的時空結構更基本的東西，但理論物理學家一直在質疑這一假設。“物理學家長期以來一直著迷于空間和時間不是基本的東西，而是來自更深層次的東西的可能性，”RIKEN跨學科理論和數學科學(iTHEMS)的Kanato Goto說。

這一概念在1990年代得到了推動，當時理論物理學家胡安·馬爾達塞納(Juan Maldacena)將控制時空的引力理論與涉及量子粒子的理論聯系起來。特別是，他想象了一個假設的空間——可以想象它被封閉在一個無限湯罐或“體積”的東西中——容納著像黑洞這樣的物體，這些物體被引力作用。Maldacena還想象粒子在罐子表面移動，由量子力學控制。他意識到，在數學上，用于描述邊界上粒子的量子理論等同于描述黑洞和時空的引力理論。

“這種關系表明時空本身并不從根本上存在，而是從某種量子性質中產生的，”Goto說。“物理學家正試圖理解關鍵的量子特性。

最初的想法是，量子糾纏——無論粒子相距多遠，都將粒子連接起來——是最重要的因素：邊界上的糾纏粒子越多，塊內的時空就越平滑。

“但僅僅考慮邊界上的糾纏程度并不能解釋黑洞的所有特性，例如，它們的內部如何生長，”Goto說。

因此，Goto和iTHEMS的同事Tomoki Nosaka和Masahiro Nozaki尋找另一個可以應用于邊界系統的量子量，也可以映射到主體上以更全面地描述黑洞。他們特別指出，黑洞具有需要描述的混沌特征。

“當你把東西扔進黑洞時，關于它的信息會被打亂，無法恢復，”Goto說。“這種爭搶是混亂的表現。”

該團隊遇到了“魔術”，這是一種數學衡量標準，用于衡量使用普通經典(非量子)計算機模擬量子態的難度。他們的計算表明，在一個混沌系統中，幾乎任何狀態都會演變成一個“最神奇”的狀態——最難模擬的狀態。

這提供了魔法的量子特性與黑洞的混沌性質之間的第一個直接聯系。“這一發現表明，魔法與時空的出現密切相關，”后藤說。