science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoekers passen de anti-de Sitter/conforme veldentheorie toe op kosmologie

Penrose-diagram van het geladen zwarte gat met de braan aan het einde van de wereld. De braan zet uit en valt terug in de horizon van het zwarte gat, een deel van het linker asymptotische gebied wegsnijden:het blauw gearceerde gebied maakt geen deel uit van de geometrie. De dubbele CFT leeft op de rechter asymptotische grens. Krediet:Antonini &Swingle.

De anti-de Sitter/conforme veldentheorie (AdS/CFT) correspondentie, ook wel ijk/zwaartekracht dualiteit genoemd, veronderstelt het bestaan ​​van een verband tussen twee soorten natuurkundige theorieën, namelijk zwaartekrachttheorieën in AdS-ruimtetijden en CFT's. In de laatste paar decennia, ijk/zwaartekracht dualiteit constructies zijn toegepast in een breed scala van wetenschappelijke onderzoeksgebieden. Bijvoorbeeld, sommige onderzoekers probeerden AdS/CFT te gebruiken om de ontwikkeling van een volledige kwantumtheorie van de zwaartekracht te bevorderen.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Maryland heeft onlangs het potentieel van dit theoretische construct in kosmologische studies onderzocht. In een paper gepubliceerd in Natuurfysica , ze lieten zien hoe eerder voorgestelde kosmologische modellen microscopisch konden worden gerealiseerd door elementen van AdS/CFT op te nemen.

"Ons werk is opgezet op het snijvlak van twee ideeën, "Stefano Antonini, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "De eerste is de AdS/CFT-correspondentie, een van de meest bestudeerde kaders voor de formulering van een kwantumzwaartekrachttheorie."

AdS/CFT theoretiseert in wezen de relatie van een zwaartekrachttheorie in een asymptotische AdS-ruimtetijd tot een CFT die geen rekening houdt met de zwaartekracht en een dimensie minder heeft. Antonini en zijn collega Brian Swingle vroegen zich af of het mogelijk was om de evolutie van een kosmologisch universum te beschrijven met behulp van deze theoretische constructie, die tot nu toe vooral op andere onderzoeksthema's waren toegepast.

"Als je deze vraag probeert te beantwoorden, een tweede idee kwam in het spel:het Randall-Sundrum-model en zijn generalisaties stellen voor dat ons 4-D-universum een ​​4-D-membraan zou kunnen zijn ingebed in een 5-D asymptotisch AdS-ruimtetijd, ’ legde Antonini uit.

De studie van de onderzoekers bouwt voort op ideeën die zijn voorgesteld in een eerder artikel van Swingle en andere onderzoekers, gepubliceerd in Springer Link's Journal of High Energy Physics . Deze eerdere studie onderzocht de mogelijkheid dat bepaalde hoogenergetische holografische CFT-toestanden overeenkomen met microtoestanden van zwarte gaten met een bepaalde structuur die eindigde bij een einde-van-de-wereld (ETW) braan.

Golffunctie van een zwaartekrachtmodus "gevangen" op de braan, als functie van de schildpadcoördinaat. De scherpe piek ter plaatse van de braan (inzet rechtsonder) laat zien dat de zwaartekracht goed gelokaliseerd is op de braan. Het oscillerende gedrag nabij de horizon van het zwarte gat (inzet linksboven) laat zien dat zwaartekrachtlokalisatie alleen lokaal is, en de opgesloten modus heeft een eindige levensduur. Krediet:Antonini &Swingle.

In snaartheorie en andere verwante natuurkundige theorieën, een braan is een dynamisch object dat zich door de ruimtetijd kan voortplanten in overeenstemming met de wetten van de kwantummechanica. In hun nieuwe krant de onderzoekers wilden een manier identificeren waarop Randall-Sundrum-braneworlds kunnen worden bestudeerd in AdS/CFT-correspondentie door het bestaan ​​van bepaalde CFT-toestanden aan te tonen die duale tot geladen zwarte-gatgeometrieën zijn waarbij een "end-of-the-world" braan-leven betrokken is in het tweede asymptotische gebied, die tevoorschijn komt uit en terugvalt in de horizon van het zwarte gat.

"Het is algemeen bekend dat de beweging van een 4-D braan in een 5-D AdS zwart gat ruimtetijd lijkt op de evolutie van een 4-D FLRW-universum voor een waarnemer die op de braan leeft, ' WHO, zoals wij, is zich niet bewust van het bestaan ​​van de vijfde dimensie, "Zei Antonini. "Om een ​​brane-wereldmodel zinvol te laten zijn, echter, zo'n waarnemer moet zwaartekracht ook waarnemen om effectief vierdimensionaal te zijn, zoals het geval is in het originele Randall-Sundrum-model. In de aanwezigheid van een groot zwart gat, echter, dit fenomeen van 'zwaartekrachtlokalisatie' is bijzonder lastig te verkrijgen."

Het door Antonini en zijn collega's voorgestelde model suggereert dat onder geschikte omstandigheden en voor een deel van het evolutieproces, een braan zit ver weg van de horizon van een zwart gat en beweegt langzaam. De onderzoekers toonden aan dat in dit specifieke regime, een gravitatieverstoring blijft lokaal gebonden aan de braan.

Dit komt omdat de verstoring wordt 'gevangen' door een negatieve deltapotentiaal, die voortvloeit uit de Neumann-randvoorwaarden op de plaats waar de braan zich bevindt. Met andere woorden, in dit regime zou een hypothetische 4D-waarnemer de zwaartekracht interpreteren als 4-dimensionaal, zolang ze niet proberen om zeer grote ruimtelijke schalen te onderzoeken.

"Er zijn twee belangrijke resultaten van dit werk, "Zei Antonini. "Eerst, het toonde het bestaan ​​aan van geladen microstaten van zwarte gaten, die een holografische dubbele beschrijving mogelijk maken en tegelijkertijd een einde-van-de-wereld-braan omvatten die ver genoeg van de horizon van het zwarte gat zit om mogelijk zwaartekrachtlokalisatie te ondersteunen. Ten tweede, we ontdekten dat zwaartekracht is, inderdaad, lokaal gelokaliseerd op dergelijke braan-werelden."

De ideeën van Antonini en Swingle zouden uiteindelijk nieuwe mogelijkheden kunnen bieden om kwantumkosmologische fenomenen te beschrijven en te simuleren op kwantumcomputers. Terwijl tot dusver, de onderzoekers hebben slechts een speelgoedmodel van hun theorie geproduceerd en er moet nog veel vooruitgang worden geboekt voordat het effectief kan worden toegepast op kosmologische problemen, hun werk introduceert een nieuwe manier om kosmologie in AdS/CFT-correspondentie te bestuderen en zo kwantumzwaartekracht in een kosmologisch universum te onderzoeken.

"We onderzoeken nu de mogelijkheid om onze constructie expliciet te realiseren in de context van het geladen SYK-model, dat dubbel is aan een eenvoudig 1+1-dimensionaal zwaartekrachtmodel, ' zei Antonini.

© 2020 Wetenschap X Netwerk