لا يتم وصف الخصائص الغريبة لكؤوس الموصلات الفائقة بالطرق المعروفة لميكانيكا الكم ، ولكن يمكن ربطها بخصائص الثقوب السوداء من الأبعاد الأعلى.وفقًا لنظرية الكم الحديثة ، فإن الكون مثقوب بمجالات الطاقة ، وموجة الطاقة في هذه المجالات ، المسماة "الجسيمات" ، إذا كانت تبدو أكثر نقطة ، أو "موجات" ، إذا كانت أكثر لطخة ، بمثابة اللبنات الأساسية للمادة والقوى العاملة. تشير الاكتشافات الجديدة إلى أن هذه النظرة للموجات / الجسيمات تصف بشكل سطحي فقط مكونات الكون.إذا تخيلنا أن كل مجال طاقة يملأ الفضاء كسطح البركة ، والأمواج والجسيمات كاضطرابات على هذا السطح ، فإن الأدلة الجديدة تشير إلى وجود عالم حي مخفي تحت السطح.على مدى عقود ، كان وصف الظواهر دون الذرية على "سطح البركة" كافياً لإجراء حسابات دقيقة لمعظم الظواهر الفيزيائية. لكن في الآونة الأخيرة ، جر الفيزيائيون إلى أعماق دون ذرية فئة جديدة وغريبة من المادة تقاوم الوصف باستخدام طرق كمية معروفة.قال سوبير ساشديف ، أستاذ الفيزياء في جامعة هارفارد ، الذي يدرس هذه الأشكال الغريبة من المادة: "لقد نشأت على الفيزياء التي تعيش على هذا السطح المسطح" . والآن ، وفقًا له ، ظهر بُعد جديد تمامًا ، و "يمكنك أن تتخيل أن الجسيمات تنتهي فقط على هذا السطح".من بين جميع أنواع المواد غير العادية ، قد تكون أكواب - المعادن التي تحتوي على النحاس والتي تظهر موصلية فائقة درجة حرارة عالية - هي الأكثر غرابة. في دراسة جديدة ،نشرت في مجلة فيزياء الطاقة العالية مجلة الفيزياء عالية الطاقة ، درس علماء الفيزياء من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا الظواهر المرتبطة بالسلوك الغامض "السطحي" لكؤوس. ركز الباحثون في حساباتهم على الوسط المستلقي تحت السطح ، صيغة الموصلية النحاسية ، التي كانت معروفة سابقًا فقط من التجارب.يقول ساتشيف غير المرتبط بهذا العمل: "إنه لأمر مدهش أن تبدأ بهذه النظرية ، وأن تحصل فجأة على موصلية هذه الموصلات الفائقة الغريبة".يقول جان زانن ، الفيزيائي النظري في جامعة ليدن في هولندا ، إن النتائج تدعم الدليل على أن الطريقة الجديدة لوصف طوب البناء الطبيعي حقيقية و "حرفية بشكل مدهش".علاوة على ذلك ، يمكن تفسير النتائج كدليل غير مباشر على نظرية الأوتار - منصة عمرها 40 عامًا تُخْرِط ميكانيكا الكم بالجاذبية ، والتي من ناحية ، أنيقة رياضية ولديها قدرات تفسيرية عميقة ، ومن ناحية أخرى ، لم يتم إثباتها بعد.يجادل العلماء أيضًا في أن هذه الاكتشافات يمكن أن يكون لها عواقب بعيدة المدى في الأمور المتعلقة بالمادة المظلمة - مادة غامضة تشكل 84 ٪ من كتلة الكون - وكذلك في البحث عن "نظرية كل شيء" التي تصف كل الطبيعة رياضيا.يقول زانين: "هناك فرصة حقيقية أنه في السنوات القليلة المقبلة سيكون هناك تقدم غير مسبوق في الفيزياء الأساسية". "كل شيء يتطور بسرعة كبيرة".تحت السطح
– , , , , 1997-.
[
Juan Maldacena], , – , , , . ( 4- , ..)
لنأخذ بركة الأحواض ثلاثية الأبعاد وسطحها ثنائي الأبعاد. لكي تعمل هذه المراسلات ، يجب وصف الجزء الداخلي من البركة من خلال نظرية الأوتار ، حيث تظهر الإلكترونات والفوتونات والجرافيتونات وجميع الطوب الأخرى في الكون في شكل خطوط صغيرة أحادية البعد ، أو "سلاسل". تتوافق الكتلة والخصائص العيانية الأخرى مع اهتزازات الأوتار ، وتعتمد التفاعلات بين أنواع مختلفة من المادة والقوى على كيفية انقسام الأوتار ودمجها. هذه الخيوط تعيش داخل البركة.تخيل الآن أن ميكانيكا الكم توصف السطح ثنائي الأبعاد لبركة. الجسيمات هي رشقات على السطح ، والموجات هي تموجات من رشقات نارية. لا توجد جاذبية على سطح بركة وهمية.
أظهر اكتشاف مالداسينا ، والمعروف باسم الثنائية المجسمة ، أن الأحداث داخل المنطقة ، بما في ذلك الجاذبية والموصوفة بواسطة نظرية الأوتار ، تتحول رياضياً إلى أحداث على السطح لا تواجه الجاذبية وتصفها نظريات الجسيمات الكمومية.قال مالداسينا: "لفهم هذا الارتباط ، عليك أن تأخذ في الاعتبار الشيء الرئيسي - عندما يكون من السهل تحليل نظرية الجاذبية ، فإن الجسيمات الموجودة على الحدود - أو ، في حالتنا ، على سطح البركة - تتفاعل بقوة مع بعضها البعض". والعكس صحيح أيضًا: عندما تكون الجسيمات على السطح هادئة ، كما يحدث في معظم أنواع المادة ، يكون الوضع في أعماق البركة معقدًا للغاية.بسبب هذا التباين ، تعد الثنائية مفيدة للغاية., , ; , , . , « ». , , , . , , , [
Sean Hartnoll], . « , , , – . – ».
إذا كانت المسألة ذات "علاقة" قوية بالارتباط على سطح البُعد ثنائي الأبعاد ، فعندئذٍ من الثنائية المجسمة ، فإن الاضطراب الشديد على السطح يعادل الهدوء في العمق. يمكن للفيزيائيين الحصول على وصف للحالة على السطح من خلال دراسة وضع متوازي ، ولكن أبسط بكثير في العمق. قال زانين ، "في هذا العالم الهادئ ، يمكنك إجراء حسابات".في التعبير الرياضي للثنائية الثلاثية الأبعاد ، تتطابق مادة معينة ذات ارتباط قوي في بعدين مع الثقوب السوداء في ثلاثة أبعاد - الأجسام الكثيفة بلا حدود مع الجاذبية الجاذبة ، والتي لا يمكن تجنبها - وهي بسيطة للغاية من الناحية الرياضية. يقول هونغ ليو: "هذه الآثار الجماعية المعقدة للغاية لميكانيكا الكم تقع بشكل رائع في مجال فيزياء الثقب الأسود".هونغ ليو ] ، أستاذ الفيزياء المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. "في الأنظمة ذات الارتباط القوي ، عندما تضع إلكترونًا هناك ،" يختفي "على الفور - لا يمكن تتبعه بعد الآن." هذا يمكن مقارنته بكيفية سقوط الجسم في الثقب الأسود.نموذج الموصلية الفائقة
, , – ,
, , .
, - , , . , , 3D: .
في أكواب ، يتحرك سرب من الإلكترونات ذات الارتباط القوي على طول شبكة ذرية ثابتة. تتطلب نمذجة المعادن مع ثنائية المجسم إعادة بناء ما يعادل هذه الشبكة في هيكل الثقب الأسود المقابل ، أو بالأحرى منحها أفقًا متموجًا.يقول زانين: "عندما يتعلق الأمر بالثقوب السوداء ، فأنت بحاجة إلى غاري".لتحديد موصلية أكواب ، كان على هورويتز وسانتوس دراسة ميزات تفاعل الضوء مع الأفق المعقد للثقب الأسود. كانت المعادلة معقدة للغاية بحيث لا يمكن حلها بشكل مباشر ، لذلك وجدوا حلولًا تقريبية باستخدام الكمبيوتر. في عملهم الأول على هذا النهج ، كتب مع فيزيائي كامبريدج ديفيد تونغ] ونشرت في مجلة High Energy Physics في يوليو 2012 ، حيث اشتقوا صيغة تتوافق مع توصيل الموصلات في درجات حرارة عالية للتيار المتردد. في عمل جديد ، قاموا بتوسيع الحسابات إلى درجات الحرارة التي تصبح فيها أكواب الموصلات فائقة التوصيل ، أي إجراء التيار بدون مقاومة ، وأظهرت مرة أخرى تقريبًا جيدًا للبيانات التجريبية حول توصيل الموصلات الحقيقية.قال هورويتز: "يفاجئني أن مثل هذا النموذج البسيط من الجاذبية يمكن أن يعيد إنتاج أي خاصية للمادة الحقيقية". "إنها تلهمنا لمواصلة العمل."فشلت دقة النموذج في بعض الحالات المهمة ، على سبيل المثال ، بالنسبة للتيارات المتناوبة لترددات فائقة الفائقة ، لكن Sachdev يقول أنه ، بالنظر إلى مدى بساطة نموذج "الثقب الأسود المجعد" ، "لا يمكن توقع أفضل". إن إدراج عدد أكبر من التفاصيل المجهرية لكؤوس في هيكل الثقب الأسود ، في رأيه ، سوف يعمق تطابقها.هارتنول ، استخدم مؤخرًا مبدأ الثنائية المجسمة لنموذج انتقالات العازل المعدنيفي مواد ذات ارتباط قوي ، يأمل في استخدام نتائج هورويتز وسانتوس ، وحل معادلاتهما بدقة. "لديهم المدخلات والمخرجات ؛ نود تفريغها وفهم الخطوات الوسيطة الهامة ". سيساعد هذا على فهم سبب ظهور صيغة الموصلية من نموذج الثقب الأسود ، وسيعطي فهمًا للقوى المقابلة العاملة داخل الكؤوس.ثنائية جديدة
يمكن أن يكون لفهم فيزياء الأقداح آثار عملية مهمة. تدخل معظم المعادن في حالة التوصيل الفائق عندما تنخفض درجة الحرارة إلى حالة قريبة من الصفر المطلق. ولكن لأسباب غير واضحة تمامًا ، تُظهر أكواب التوصيل الموصلية الفائقة في درجات حرارة أكثر بأسعار معقولة ، مما يجعلها مفيدة للاستخدام في مجموعة متنوعة من الأجهزة ، من الكابلات الكهربائية عالية الطاقة إلى محركات السفن. لكن أكواب الكؤوس هشة ومكلفة ، لذا فإن إنشاء إصدارات محسنة من هذه المواد يمكن أن يؤدي إلى اختراق كبير في التقنيات المختلفة ، من مركبات الوسادة المغناطيسية إلى شبكات كهربائية أكثر كفاءة.لديهم القدرة على تطوير الفيزياء الأساسية. إذا أعطت الثنائية المجسمة تنبؤات دقيقة لسلوك أكواب الخزف والمواد الأخرى ذات الارتباط القوي ، يمكن اعتبار هذه المواد ، في الواقع ، ثقوب سوداء بأبعاد أعلى.قال هورويتز: "إذا كان لدينا نموذج يعيد إنتاج جميع خواص المادة ، فيمكن اعتبارها نظريتها - أمر غير معتاد للغاية ، ولكن بفضل الثنائية ، ستكون مكافئة لأي نظرية تعمل على الحدود مع الجزيئات العادية". "ويمكن أن يكون هذا نهجًا أكثر بساطة".
تمثيل الكمبيوتر لأفق الثقب الأسود المستخدم في الدراسة لمحاكاة الأقداحتشترك الازدواجية الثلاثية الأبعاد في شيء مع ازدواجية جسيم الموجة ، مما أدى إلى تطوير ميكانيكا الكم. في بداية القرن العشرين ، كان الضوء ، الذي كان يعتبر سابقًا موجة ، في بعض الدراسات تصرف بشكل غامض ، ما لم تعتبره جسيمات ؛ إن سلوك الإلكترونات التي تعتبر جسيمات في بعض الأحيان لا معنى له إذا لم يتم اعتبارها موجات. قال هورويتز "ازدواجية جسيم الموجة ، عندما تم اقتراحها لأول مرة ، كانت مفاجأة - لأن هذين كانا ، للوهلة الأولى ، مفهوما مختلفين ، وعلمنا أنها تمثل نفس الشيء". يقول إن الثنائية الثلاثية الأبعاد "أكثر تعقيدًا ، لكن خصائصها هي نفسها". "لديك ، للوهلة الأولى ، شيئان مختلفان تمامًا يتبين أنهما متكافئان."ولكن كيف تتلاءم الثنائية المجسمة مع فهمنا للطبيعة؟ هل القياس مع سلاسل أحادية البعد حقيقي؟ وفقا للفيزيائيين ، ليس بالضرورة. في الواقع ، لا يتم تضمين الأوتار في حسابات خصائص الثقب الأسود Horowitz و Santos ، والتي استخدموها لنمذجة الأشرطة. لكن Maldasena قالت إن هذه الاكتشافات تؤدي حقًا إلى حقيقة أن "كل هذه النظريات ، التي بدت مختلفة بالنسبة لنا ، تبين أنها مرتبطة ببعضها البعض". "هذا يظهر أن نظرية الأوتار ليست منفصلة عن بقية الفيزياء".وفقا للفيزيائيين ، قد تتحول نظرية الأوتار ببساطة إلى أفضل لغة رياضية للعمل مع جوانب معينة من الواقع."كانت الفيزياء تقليديا عرضة للاختزال. "إنها تريد أن تأخذ شيئًا معقدًا وتفهم الأجزاء التي تتكون منها" ، توضح هارتنول. "ولكن لا توجد طريقة فريدة لهذا النهج: في بعض الحالات ، يمكن أن تكون الإلكترونات هي الطوب الأساسي ، وفي حالات أخرى ، يكون الإثارة المشتركة للإلكترونات أكثر جوهرية من أي منها بشكل فردي".يقول: "نحاول إيجاد المكونات الأساسية الصحيحة لوصف هذه المراحل الغريبة من المادة". "يمكن أن تكون سلاسل في بعد أعلى."يفسر الفيزيائيون المعنى القائل بأن الجسيمات في المعادن الهشة الغريبة تتوافق رياضيًا مع الأوتار والثقوب السوداء غير الاعتيادية التي توجد نظريًا في بُعد أعلى ، وتساعدها الثنائية المجسمة على "التفكير بشكل مختلف في الألغاز في المختبرات" ، كما يقول زانين. - ربما ليس فقط طريقة تفكير مختلفة ؛ الهدف هو رؤية حقائق حقيقية ورائعة ".