Топологија: Тајни састојак најновије теорије свега

Топологија је проучавање облика, посебно особина које се чувају када се облик стисне, растегне и удари, али не поцепа или поцепа.



ДНК предака 23 и ја

У прошлости, топологија је била само забавна диверзија за математичаре који су шарали о разлици између крофни и кнедли.

Али то почиње да се мења. Последњих година, физичари су почели да користе топологију да објасне неке од најважнијих загонетки на границама физике.





На пример, одређене квантне честице не могу да формирају парове, али формирају тројке које се зову Ефимовљева стања. То је чудно – сигурно би везе које омогућавају да се три честице повежу заједно требало да омогуће да две постану повезане?

Заправо, не и топологија објашњава зашто. Разлог је тај што математичка веза између ових квантних честица има облик Боромеовог прстена: три круга испреплетена на такав начин да сечењем једног ослобађају друга два. На овај начин могу се повезати само три прстена, а не два. Воила!

Али ова врста тополошке радозналости је само врх леденог брега ако је веровати Сјао-Ганг Вену са Института за теоријску физику Периметра у Ватерлоу у Канади.



Данас, Вен комбинује топологију, симетрију и квантну механику у новој теорији која предвиђа постојање нових стања материје, обједињује различите загонетне феномене у физици чврстог стања и дозвољава стварање вештачких вакуума насељених вештачким фотонима и електронима.

Дакле, одакле почети? Вен почиње објашњавањем фундаменталне улоге симетрије у основним стањима материје као што су течности и чврсте материје. Симетрија је својство које остаје непроменљиво под неком врстом трансформације.

Дакле, у течности, на пример, атоми су насумично распоређени и тако течност изгледа исто ако је померена у било ком правцу за било коју удаљеност. Физичари кажу да има континуирану транслациону симетрију.

Међутим, када се течност замрзне, атоми се закључавају у кристалну решетку и примењује се другачија симетрија. У овом случају, решетка изгледа исто само ако је померена дуж кристалне осе за одређену удаљеност. Дакле, материјал сада има дискретну транслациону симетрију и оригинална симетрија је нарушена.



Другим речима, када материјал пролази кроз фазну промену, он такође пролази кроз промену симетрије, процес који физичари називају кршењем симетрије.

Али поред четири обичне фазе материје – течности, чврсте материје, гаса и плазме, – физичари су открили многе квантне фазе материје као што су суперпроводљивост, суперфлуидност и тако даље.

Ове фазе су такође резултат кршења симетрије, али сама симетрија не може објаснити шта се дешава.

Тако су се физичари окренули топологији да помогну. Испоставило се да математика квантне механике има тополошка својства која, у комбинацији са симетријом, објашњавају како се ове фазе формирају.

Овакав рад довео је до открића додатних фаза материје као што су тополошки проводници и изолатори,

Овде је важна ствар да својства ових система нису загарантована обичним законима физике, већ тополошким својствима квантне механике, баш као Боромејеви прстенови који објашњавају раније описана стања Ефимова.

Приступ Ксиао-Ганг Вена је да истражи својства материје када тополошке везе између честица постану много општије и сложеније. Он генерализује ове везе, мислећи на њих као на низове који могу повезати многе честице заједно. У ствари, он разматра начин на који многе жице могу формирати структуре налик на мрежу које имају сопствена својства појављивања.

Дакле, какву врсту емергентних својстава имају ове мреже са жицама? Испоставило се да се мреже са жицама не разликују толико од обичне материје. Мреже струна могу да подрже таласе за које Ксиао-Ганг Вен каже да су формално еквивалентни фотонима.

апликације које вас уче како да певате

То чини мреже струна неком врстом квантног етра кроз који путују електромагнетни таласи. То је велика тврдња.

Вен такође каже да су различита својства мрежа са струнама еквивалентна основним честицама као што су електрони. И да је могуће извести својства и других честица. То је још једна велика идеја.

Наравно, ниједна теорија не вреди више од вреће пасуља осим ако не даје проверљива предвиђања о универзуму.

Вен каже да његова теорија има значајне импликације на стања материје која су постојала убрзо након Великог праска, али не развија идеју у конкретна предвиђања.

Вероватно би исто требало да важи и за друге екстремне астрофизичке појаве. На пример, било би занимљиво видети које услове овакав приступ поставља на природу црних рупа.

Вен такође каже да би требало да буде могуће манипулисати тополошким својствима материјала да би се створили вештачки вакууми заједно са вештачким фотонима и вештачким честицама попут електрона. Другим речима, топологија је кључ за стварање потпуно нових светова у лабораторији.

Очигледно је да ће Венове идеје требати мало да се пробају. А импликације о којима расправља треба да се учврсте у конкретна експериментална предвиђања.

Али није први пут да наилазимо на идеју да топологија игра фундаменталнију улогу у универзуму него што је ико замишљао. Сличну идеју смо истраживали пре неколико година.

када резултати избора

Физичари већ деценијама знају да симетрија игра моћну улогу у законима физике. У ствари, поштено је рећи да је симетрија променила начин на који размишљамо о универзуму.

Могуће је да би додавање топологије мешавини могло бити подједнако револуционарно.

Реф: аркив.орг/абс/1210.1281 : Тополошки поредак: од заплетене квантне материје дугог домета до уједињења светлости и електрона

сакрити

Стварне Технологије

Категорија

Унцатегоризед

Технологија

Биотехнологија

Технолошка Политика

Климатске Промене

Људи И Технологија

Силиконска Долина

Рад На Рачунару

Мит Невс Магазин

Вештачка Интелигенција

Спаце

Паметни Градови

Блоцкцхаин

Репортажа

Алумни Профил

Алумни Веза

Функција Мит Невс

1865. Године

Мој Поглед

77 Масс Аве

Упознајте Аутора

Профили У Великодушности

Виђено У Кампусу

Алумни Леттерс

Вести

Избори 2020

Витх Индек

Под Куполом

Ватрогасно Црево

Бесконачне Приче

Пандемиц Тецхнологи Пројецт

Од Председника

Насловна Прича

Фото Галерија

Рецоммендед