物理学家们一直在忙于探索我们的宇宙如何像二维纸上的全息图一样出现 。 新线索来自在无限遥远的“天球”上发现的对称性 。
研究人员长期以来一直在研究重力如何在像这样的双曲空间中从二维表面产生 。 在我们自己的宇宙中 ， 表面将无限遥远 。
自牛顿与苹果的伪善相遇以来 ， 我们就知道重力 ， 但我们仍在努力理解它 。 虽然自然界的其他三种力量都是由量子场的活动引起的 ， 但我们最好的引力理论将其描述为弯曲的时空 。 几十年来 ， 物理学家一直试图使用量子场理论来描述引力 ， 但这些努力充其量是不完整的 。
其中最有希望的努力之一是将重力视为全息图——一种从平坦的二维表面中弹出的三维效果 。 目前 ， 这种理论的唯一具体例子是AdS/CFT对应关系 ， 其中一种特定类型的量子场理论 ， 称为共形场理论（CFT） ， 在所谓的反德西特（AdS）空间中产生重力 。 在AdS空间的奇怪曲线中 ， 有限边界可以封装无限世界 。 该理论的发现者Juan Maldacena称其为“瓶中的宇宙” 。
但是我们的宇宙不是瓶子 。 我们的宇宙（在很大程度上）是平坦的 。 任何包含我们平坦宇宙的瓶子都必须在空间和时间上无限遥远 。 物理学家称这种宇宙胶囊为“天球” 。 物理学家希望确定CFT的规则 ， 在一个没有AdS空间曲线的世界中 ， 它可以产生重力 。 他们正在寻找一个用于平坦空间的CFT——一个天体CFT 。
天体CFT将比AdS/CFT中的相应理论更雄心勃勃 。 由于它生活在一个无限半径的球体上 ， 空间和时间的概念崩溃了 。 因此 ， CFT不会依赖于空间和时间；相反 ， 它可以解释空间和时间是如何产生的 。
最近的研究结果给了物理学家希望 ， 他们走上了正确的轨道 。 这些结果使用基本对称性来限制CFT可能是什么样子 。 研究人员发现了这些对称性之间一系列令人惊讶的数学关系——这些关系以前在某些弦理论中出现过 ， 这让一些人想知道这种联系是否不仅仅是巧合 。
新泽西州普林斯顿高级研究所的理论物理学家Nima Arkani-Hamed说：“这里有一只非常大、令人惊叹的动物 。 ”“希望我们会发现 ， 这会让人大开眼花 。 ”
球体上的对称性
也许物理学家探索自然界基本力量的主要方式是将粒子炸在一起 ， 看看会发生什么 。 这方面的技术术语是“散射” 。 在大型强子对撞机等设施中 ， 粒子从遥远的地方飞进来 ， 相互作用 ， 然后以量子力决定的任何转换状态飞向探测器 。
如果相互作用受重力以外的三种力中的任何一种支配 ， 物理学家原则上可以使用量子场理论计算这些散射问题的结果 。 但许多物理学家真正想了解的是重力 。 幸运的是 ， Steven Weinberg在20世纪60年代表明 ， 某些量子引力散射问题——涉及低能引力子的问题——是可以计算的 。 哈佛大学的莫妮卡·佩特说 ， 在这个低能量限制下 ， “我们已经确定了这种行为 。 ”“量子引力重现了广义相对论的预测 。 ”普林斯顿大学的Pate和Sabrina Pasterski等天体全息学家正在利用这些低能散射问题作为起点 ， 以确定假设的天体CFT必须遵守的一些规则 。
他们通过寻找对称性来做到这一点 。 在一个散射问题中 ， 物理学家计算散射的产物——“散射振幅”——以及它们击中探测器时应该是什么样子 。 在计算这些振幅后 ， 研究人员寻找粒子在探测器上形成的模式 ， 这些模式符合散射过程必须遵守的规则或对称性 。 对称性要求 ， 如果您对探测器应用某些转换 ， 散射事件的结果应保持不变 。
正如量子相互作用可以转化为散射振幅 ， 然后导致对称一样 ， 研究量子引力的研究人员希望将散射问题转化为天球上的对称性 ， 然后使用这些对称性来填写天体CFT规则手册 。
Pasterski在谈到对称性时说：“我们试图从字典的基本成分开始 ， 然后从那里向上移动 。 ”
11月 ， 哈佛大学Andrew Strominger领导的一个小组发表了一篇论文 ， 描述了天体CFT必须遵守的“对称代数” 。 代数决定了不同的对称变换如何组合成新的变换 。 通过研究转型的构成结构 ， Strominger和他的同事 ， 包括Pate ， 设法进一步限制了潜在的CFT 。 他们发现 ， 天球上的一组对称性遵循一个经过深入研究和完善的代数——这个代数已经出现在某些弦理论中 ， 并与量子霍尔效应等著名量子系统的描述有关 。
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