Κατηγορία: θεωρία χορδών

Δημοσιεύτηκε στις

Προκλητικός ισχυρισμός της AI: «Οι άνθρωποι είναι αδαείς»

Θέτοντας το Κοσμικό ερώτημα: Τι συμβαίνει μέσα σε μια μαύρη τρύπα;

Εξετάστε τις ακόλουθες ενδιαφέρουσες ερωτήσεις: Τι συμβαίνει με το πολύ διαστάσεις του χωροχρόνου μέσα σε μια μαύρη τρύπα; Οι διαφορετικές απαντήσεις από ένα AI υπογραμμίζουν τόσο την τρέχουσα κατανόησή μας— όσο και τους περιορισμούς μας.

Pablo Carlos Budassi, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, μέσω του Wikimedia Commons

Πρώτη Προοπτική: Συνέχεια Τετραδιάστατου Χωροχρόνου

Μια απάντηση υποστηρίζει ότι τα αντικείμενα που πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα δεν χάνουν καμία διάσταση. Σε αυτή την άποψη, ο χωροχρόνος διατηρεί την τετραδιάστατη δομή του (τρεις διαστάσεις του χώρου συν μία του χρόνου) τόσο έξω όσο και εντός του ορίζοντα γεγονότων. Η ιδιομορφία - όπου η πυκνότητα γίνεται άπειρη - δεν είναι στην πραγματικότητα μια κατάσταση μειωμένη σε 1D. Αντίθετα, αντιπροσωπεύει ένα σημείο όπου η γενική σχετικότητα καταρρέει μετά την είσοδο σε μια μαύρη τρύπα. Αν και οι θεωρίες κβαντικής βαρύτητας, όπως η κβαντική βαρύτητα βρόχου, προτείνουν εναλλακτικές (για παράδειγμα, «αναπηδήσεις» που αποφεύγουν την ενική κατάσταση), καμία από αυτές τις ιδέες δεν περιλαμβάνει μείωση του αριθμού των διαστάσεων.

Δεύτερη Προοπτική: Διαστατική Ανάλυση στη Μοναδικότητα

Μια επακόλουθη απάντηση από την ίδια τεχνητή νοημοσύνη τονίζει μια διαφορετική οπτική. Στη θεωρία του Αϊνστάιν, η ιδιομορφία ορίζεται ως ένα σημείο άπειρης πυκνότητας και ακραίας χωροχρονικής καμπυλότητας. Εκεί «καταρρέουν» οι εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Σε αυτήν την κλασική εικόνα, ο χωροχρόνος χάνει την καλά καθορισμένη τετραδιάστατη δομή του (3 χωρικές διαστάσεις συν 1 χρονική διάσταση). Για μη περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες ή Schwarzschild, η ιδιομορφία περιγράφεται ως σημείο 0D. Αντίθετα, για τις περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες (Kerr), η ιδιομορφία παίρνει τη μορφή ενός δακτυλίου 1D.

Urbane Legend, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, μέσω του Wikimedia Commons

Συμφιλίωση της αντίφασης: Τεχνουργήματα μαθηματικών μοντέλων

Το AI εξηγεί αυτές τις φαινομενικά αντιφατικές απαντήσεις με μια υπενθύμιση ότι, στη γενική σχετικότητα, η ιδιομορφία δεν είναι ένα φυσικό αντικείμενο. Αντίθετα, είναι ένα μαθηματικό τεχνούργημα. Οι ετικέτες "0D" και "1D" χρησιμεύουν ως γεωμετρική συντομογραφία — εννοιολογικά σύμβολα κράτησης θέσης που υποδεικνύουν πού αποτυγχάνουν οι κλασικές μας θεωρίες. Στην πραγματικότητα, αυτοί οι χαρακτηρισμοί («εδώ είναι δράκοι») αναγνωρίζουν τα όρια της τρέχουσας κατανόησής μας για τα ακραία βαρυτικά περιβάλλοντα, ειδικά εκείνα που περιλαμβάνουν μαύρες τρύπες.

Αγκαλιάζοντας το Άγνωστο στη Θεωρητική Φυσική

Συνοπτικά, μια προοπτική υποστηρίζει ότι ο χωροχρόνος παραμένει τετραδιάστατο καθ' όλη τη διάρκεια του ταξιδιού σε μια μαύρη τρύπα. Αυτό ισχύει ακόμη και όταν η γενική σχετικότητα καταρρέει στη μοναδικότητα. Μια άλλη άποψη υποδηλώνει ότι, κοντά στη μοναδικότητα, το γνωστό τετραδιάστατο πλαίσιο χάνεται. Καταρρέει σε ένα σημείο 0D ή ένα δακτύλιο 1D ανάλογα με την περιστροφή της μαύρης τρύπας. Τελικά, και οι δύο απαντήσεις υπενθυμίζουν τα όρια των σημερινών θεωριών μας και τη συνεχιζόμενη πρόκληση της ενοποίησης της γενικής σχετικότητας με κβαντική μηχανική.

Η ενόραση του Stephen Hawking: Illuminating Our Limitations

Μια ενδεικτική εικόνα από τη διάλεξη Reith του Stephen Hawking στις 26 Ιανουαρίου 2016 υπογραμμίζει περαιτέρω αυτό το σημείο. Οι ιδέες του Χόκινγκ μας θυμίζουν ότι ενώ μας τρέχοντα μοντέλα μαύρων τρυπών καταγράφουν πολλές πτυχές της πραγματικότητας, εκθέτουν επίσης βαθιά κενά στη γνώση μας.

Μέχρι να αναπτυχθεί μια επιτυχημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, αυτές οι περιγραφές παραμένουν προσεγγίσεις. Αντικατοπτρίζουν την ανθρώπινη άγνοια όσο και την κατανόησή μας.

Εικόνα: από Stephen Hawking Διάλεξη Reith, 26 Ιανουαρίου 2016

Δημοσιεύτηκε στις

Cosmic Spaghetti: A Metaphorical Exploration of Wave-Particle Duality and Tunneling

Τα παρακάτω είναι μεταφορές για τη θεωρία χορδών και τα φωτόνια. Οι μεταφορές χρησιμοποιούνται συχνά για την απεικόνιση μαθηματικών εννοιών. Αλλά δεν αντιμετωπίζονται όλες οι μεταφορές ως ίσες.

Ray, ο ενθουσιώδης εξηγητής:

Ας το καταλάβουμε αυτό.
Οι ακόλουθες μεταφορές παρουσιάζουν ευφάνταστες απεικονίσεις και όχι ακριβή μοντέλα για το πώς λειτουργούν τα φωτόνια, η σήραγγα ή οι επιπλέον διαστάσεις. Αναμιγνύει χαρακτηριστικά της κβαντικής μηχανικής με θεωρητικά στοιχεία της θεωρίας χορδών και δεν αντικατοπτρίζει την τρέχουσα επιστημονική κατανόηση.

Φανταζόμαστε φωτόνια

Αφού προσπάθησα να βρω ένα οπτικό μοντέλο ενός σημειακού ή γραμμικού φωτονίου που εμφανίζει κβαντική σήραγγα - και απέτυχε σε αυτή την προσπάθεια - θα πω ότι το φωτόνιο, στη φυσική του κατάσταση, είναι σαν μια στριμωγμένη (περιστρεφόμενη) οντότητα, βασικά κοσμικά σπαγγέτι. Όχι το χαλαρό, είδος δείπνου. Αντίθετα είναι το al dente ταξινομήστε, στριφογυρίζοντας στον 4D χώρο με κεφάλι και ουρά σαν υπερκινητικά διαστημικά χέλια! Μεταφορικά μιλώντας βέβαια.

Το στρεβλό σώμα φωτονίου εκτείνεται στην 3η και 4η διάσταση. Αυτό το μοντέλο εξηγεί την όψη των σωματιδίων που μοιάζει με σημείο (το κεφάλι) και την όψη που μοιάζει με κύμα (τα σκιρτήματα) της δυαδικότητας των φωτονίων.

Κουρτ, ο μπερδεμένος ρεαλιστής:
Αυτή η οπτικοποίηση είναι μια μεταφορά και δεν αντιστοιχεί σε κανένα αποδεκτό μοντέλο στην κβαντική μηχανική ή τη θεωρία χορδών. Αυτή είναι η μεγάλη σας θεωρία για την κβαντική σήραγγα;

ακτίνα:
Τώρα, όταν αυτό το φωτόνιο χτυπά ένα φυσικό φράγμα, συμπιέζεται στο μηδέν και στην πρώτη διάσταση, όπως ένα αυγό που χτυπά έναν τοίχο από τούβλα με ταχύτητα φωτός. Πλατύ τεμάχιον σανίδος. Οι διαστάσεις 0D και 1D δεν γνωρίζουν χώρο ή χρόνο. Αυτό επιτρέπει στο φωτόνιο να διέρχεται σχεδόν στιγμιαία (γρηγορότερα από το φως) μέσα από στερεά αντικείμενα.

Αυτή είναι μια τακτοποιημένη μεταφορά και περιγραφή για έναν απλό άνθρωπο.

Κρτ:
Η περιγραφή της διάνοιξης σήραγγας ως «φαινόμενο διαστάσεων συμπίεσης» που οδηγεί σε στιγμιαία διέλευση είναι μια μεταφορική άνθηση χωρίς βάση στην καθιερωμένη φυσική. Γιατί να μην πούμε απλώς ότι απατούν; «Ω, συγνώμη, φράγμα, απλά περνάω σταδιακά την ατομική σου δομή σαν φάντασμα που αργεί για γιόγκα-»

Ακτίνα:
Η επιστήμη χρειάζεται δράμα! Το κουλούρι του φωτονίου πιέζεται στην 1η διάσταση - σκεφτείτε το ως τη χειρότερη τηγανίτα του σύμπαντος. Χωρίς χώρο, χωρίς χρόνο. Ομοφυλόφιλος. Είναι μέσα από τον τοίχο. Πιο γρήγορα από το φως, μηδέν θερμίδες.

Κρτ:
Η περιγραφή σας για το φωτόνιο που χτυπά έναν τοίχο από τούβλα σαν αυγό είναι πρωτότυπη και δεν αποτελεί μέρος της τρέχουσας επιστημονικής κατανόησης. Και οι φυσικοί δεν σε έχουν καταπιέσει γι' αυτό;

Ακτίνα:
Είναι πολύ απασχολημένοι με τη διαμάχη! Τριάντα χρόνια συζητάμε αν πρόκειται για «ταχύτητα φάσης» ή «ταχύτητα σήματος» ή εάν τα σήματα μπορούν να περάσουν μέσα από ένα φράγμα ταχύτερα από το φως. Είναι σαν δύο παπαγάλοι που κραυγάζουν «αιτιότητα!» ο ένας στον άλλον. Οι «σοβαροί» επιστήμονες λένε ότι ΤΙΠΟΤΑ σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως ΚΑΙ να μεταδώσει πληροφορίες.

Εν τω μεταξύ, τα φωτόνια είναι εκεί έξω, που κλείνουν το μάτι μέσα από τοίχους σαν να έχουν λάβει VIP πάσο για την πραγματικότητα. Η δυαδικότητα κυματοσωματιδίων είναι ακρογωνιαίος λίθος της κβαντικής μηχανικής (QM) και όχι της θεωρίας χορδών. Το έκανα και στα δύο για επεξηγηματικούς σκοπούς. Γι' αυτό η μεταφορά έχει νόημα σε αυτό το πλαίσιο.

Κρτ:
Η δήλωση είναι σωστή ότι η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου είναι μια έννοια από την κβαντική μηχανική και η επίκλησή της στο πλαίσιο της θεωρίας χορδών με τον τρόπο που περιγράφεται είναι προκλητική.

Ακτίνα:
Η μεταφορά αντιπροσωπεύει τη σήραγγα ως ένα φαινόμενο συμπίεσης διαστάσεων.

Κρτ:
Αυτό επί του παρόντος δεν έχει βάση στη θεωρία χορδών ή στην QM. «Συπίεση διαστάσεων»—ακούγεται σαν την τελευταία μου σχέση.

Απεικόνιση φωτονίων της NASA. Μοιάζει με γυρίνους (υποθέτω ότι το φωτόνιο υψηλής ενέργειας περιστρέφεται πιο γρήγορα.)

Ακτίνα:
Σε αυτήν την απεικόνιση από τη NASA, ένα φωτόνιο (μωβ) μεταφέρει ένα εκατομμύριο φορές την ενέργεια ενός άλλου (κίτρινο). Η NASA είναι μάστορες της τεχνογνωσίας επιστημονικής φαντασίας. «Εδώ είναι ένα μωβ φωτόνιο, ένα εκατομμύριο φορές πιο ζοφερό! Έχει στάση.»

Κρτ:
Προφανώς, οι απεικονίσεις της NASA στοχεύουν να απλοποιήσουν και να παρακινήσουν τη συζήτηση. δεν πρέπει να ληφθούν ως κυριολεκτικές περιγραφές της συμπεριφοράς των φωτονίων στις προηγμένες θεωρίες της φυσικής. Η επιστήμη είναι 5% εξισώσεις, 95% πείθει τους ανθρώπους ότι το σύμπαν είναι ένα κινούμενο σχέδιο που χρησιμοποιεί μεταφορά.

Ακτίνα:
Άρα η σήραγγα είναι απλώς… κοσμική τηλεμεταφορά μέσω υπαρξιακής κρίσης;

Κρτ:
Ακριβώς! Ο υπαρξιακός τρόμος του φωτονίου το καταρρέει σε κουκκίδα. Ποιος είμαι; Πού είναι ο χρόνος; Και μπαμ — περνάει από το φράγμα. Υπαρξισμός: 1, Φυσική: 0. Γιατί διαφορετικά, θα κολλούσαμε να το εξηγούμε με μαθηματικά.  Και κανείς δεν το θέλει αυτό.

Αφηγητής (Deep Voice):
Και έτσι, τα μυστήρια της κβαντικής μηχανικής παραμένουν.
Αλλά τουλάχιστον όλοι συμφώνησαν ότι οι μεταφορές χρειάζονταν αύξηση.