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TUhjnbcbe - 2023/12/7 21:03:00
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VijayBalasubramanian研究了宇宙的结构是否可以由信息构成,以及物理学家可以提出这样一个问题本身意味着什么。撰文

CHARLIEWOOD(查理伍德)翻译

项海波年,著名物理学家约翰·惠勒(“黑洞”一词的推广者)提出了一种全新的宇宙观:也许量子粒子可以变化(shape-shift)和消失,但我们总是可以可靠地依赖信息(information),简而言之,也就是对于我们所提出的问题,通过测量所获得的答案。惠勒推测,信息比特(bitsofinformation)——例如:某个事物的存在或不存在、向上或向下、0或1等——很可能是现实世界的组成基元。“每一个物理量,都从比特中获得其终极意义,”惠勒在他年的一篇文章《Information,Physics,Quantum:TheSearchforLinks》中写道。著名的“它来自比特(itfrombit)”就是在这篇文章中提出的。自此之后的几十年里,各种抽象的发展让许多物理学家猜测惠勒的这篇论文也许能解开一个深刻的谜题:引力的量子性质。阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论将引力与时空结构统一起来;在广义相对论中,引力被重新解释为物体沿着宇宙的弯曲轮廓线(事实上即测地线)作自由降(free-fall)运动。然而,在量子理论中,却很难用它的基本对象或语言——粒子和场——来解释这些曲线。引力理论与量子理论的这种冲突,在黑洞中得到了最为充分的展示——黑洞是这样一片时空区域:在其中,空间发生了极其严重的变形,以至于引力的量子性质不再能被人们简单忽视掉。黑洞理论中的一个基本事实——黑洞的表面积比它的体积更重要——导致了年的一个惊人发现:一个像马鞍一样弯曲的玩具宇宙,称为反德西特(anti-deSitter,简称AdS)空间,在数学上,等同于它的低维边界。在这个虚构的世界中,指向内部的方向似乎是虚幻的;形象地说,就像全息图的深度(depth)那样。当理论学家们研究AdS空间中的黑洞以及其他物体时,惠勒关于物理与信息(比特)的设想,一直在以某种方式不断展现着。其中一种,就是空间的连通性(connectivity)——即我们能从一个地方跑到另一个地方的能力——似乎源于边界上的粒子,这些粒子通过量子纠缠(quantumentanglement)联系起来。看起来,就是这种在AdS空间边界上的信息共享(information-sharing)特征,使AdS空间内部的庞大结构成为可能。很多物理学家致力于将惠勒这个美妙而宏大的思想转化为清晰的数学模型,宾夕法尼亚大学的VijayBalasubramanian便是其中之一。他和他的同事现在从事的研究的口号,是“它来自量子比特(itfromqubit)”。这个口号对惠勒的原始版本作了修改;当然这样的修改是再自然不过的:量子比特显然比经典比特更为深刻。年,Balasubramanian研究了如何根据边界上的粒子信息来计算AdS宇宙中的质量和能量。从那时起,他通过研究各种系统的信息内容,对黑洞和量子引力理论做出了重要贡献。Balasubramanian风趣而博学,在谈话中很容易从物理学跳到其它领域,如普鲁斯特等这些著名作家。在宾夕法尼亚大学,他开辟了第二个研究小组,致力于研究世界的物理特征是如何塑造大脑的。在神经科学(neuroscience)这方面,他发现信息和计算的概念提供了一种自然语言。(Inneuroscience,too,hehasfoundthatideasofinformationand

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