Maaaring Malutas ng Bagong Pormula ng Matematika ang Lumang Suliranin sa Pag-unawa sa Istraktura ng Uniberso

Ang isang siyentipikong taga-Estado ng Estado na nag-aaral ng mga istrukturang kristal ay nakabuo ng isang bagong pormula sa matematika na maaaring malutas ang isang dekada nang problemang nauunawaan ang space-time, ang tela ng uniberso na iminungkahi sa mga teorya ng relatividad ni Einstein.

“Sinasabi sa atin ng kamag-anak na ang espasyo at oras ay maaaring ihalo upang makabuo ng isang nilalang na tinatawag na spacetime na may apat na sukat: tatlong mga axis ng puwang at isang axis ng oras,” sabi ni Venkatraman Gopalan, propesor ng agham sa materyal at engineering at physics sa Penn State. “Gayunpaman, isang bagay tungkol sa axis ng oras ang lumalabas tulad ng isang masakit na hinlalaki.”

Para sa mga kalkulasyon upang gumana sa kapamanggitan, ang mga siyentista ay kailangang maglagay ng isang negatibong pag-sign sa mga halaga ng oras, na hindi nila kailangang ilagay sa mga halagang puwang. Natutuhan ng mga pisiko na magtrabaho kasama ang mga negatibong halaga, ngunit nangangahulugan ito na ang space-time ay hindi maaaring hawakan gamit ang tradisyunal na Euclidean geometry at sa halip ay tingnan ang mas kumplikadong hyperbolic geometry.

Ang Gopalan ay bumuo ng isang dalawang yugto na diskarte sa matematika na nagbibigay-daan sa paglabo ng mga pagkakaiba sa pagitan ng espasyo at oras, tinanggal ang negatibong problema sa pag-sign, at kumikilos bilang isang tulay sa pagitan ng dalawang mga geometry.

Naisaayos na Pinaghalo-halong Spacetime

Isang diagram na nagpapakita ng proseso ng paglikha ng “nabago na muling pinaghalong spacetime”. Ang siyentipiko ng Penn State na si Venkatraman Gopalan ay nag-aaral ng mga istrukturang kristal at nakabuo ng isang bagong pormula sa matematika na maaaring malutas ang isang dekada nang problemang nauunawaan ang space-time, ang tela ng uniberso na iminungkahi sa mga teorya ng relatividad ni Einstein. Kredito: Hari Padmanabhan, Penn State

“Nagkaroon ng pagsisikap na mailagay ang puwang at oras sa parehong paanan sa loob ng higit sa 100 taon,” sabi ni Gopalan. “Ngunit hindi talaga iyon nangyari dahil sa minus sign. Tinatanggal ng pananaliksik na ito ang problemang ito, kahit papaano sa espesyal na relatibidad. Sa trabahong ito, ang espasyo at oras ay nasa iisang pundasyon. ” Ang artikulong inilathala sa journal noong Mayo 27, 2021 Acta Crystallographica AKasabay ng isang komentaryo, sumulat ang dalawang physicist na ang diskarte ni Gopalan ay maaaring magkaroon ng susi sa pagsasama-sama ng mga mekanika ng kabuuan at gravity, dalawang pangunahing pisika na hindi pa ganap na pinag-iisa.

“Ang ideya ni Gopalan ng pangkalahatang relativistic space-time na mga kristal at kung paano makukuha ang mga ito ay kapwa malakas at malawak,” sabi ni Martin Bojowald, propesor ng pisika ng Penn State. “Ang pananaliksik na ito ay nag-aalok, sa bahagi, ng isang bagong diskarte sa isang dekada nang matagal na problema sa pisika.”

Bilang karagdagan sa pagbibigay ng isang bagong diskarte sa pag-uugnay ng spacetime sa tradisyunal na geometry, ang pananaliksik ay mayroon ding mga implikasyon para sa pagbuo ng mga bagong istraktura na may mga kakaibang katangian na kilala bilang mga kristal na spacetime.

Naglalaman ang mga kristal ng paulit-ulit na pag-aayos ng mga atomo, at sa mga nagdaang taon ay natuklasan ng mga siyentista ang konsepto ng mga kristal kapag ang estado ng isang materyal ay nagbago at inuulit sa paglipas ng panahon, tulad ng isang sayaw. Gayunpaman, sa mga formulasyong ito ang oras ay hiwalay mula sa kalawakan. Ang pamamaraang binuo ni Gopalan ay magpapahintulot sa pagtuklas ng isang bagong klase ng mga space-time crystals kung saan maaaring maghalo ang espasyo at oras.

“Ang mga posibilidad na ito ay maaaring magbukas ng isang bagong bagong klase ng metamaterial na may mga kakaibang katangian na hindi matatagpuan sa kalikasan, pati na rin ang pag-unawa sa mga pangunahing katangian ng isang saklaw ng mga dinamikong sistema,” sabi ni Avadh Saxena, pisisista sa Los Alamos National Laboratory.

Ang pamamaraan ni Gopalan ay nagsasangkot ng paghahalo ng dalawang magkakahiwalay na obserbasyon ng parehong kaganapan. Nangyayari ang paghahalo kapag binago ng dalawang tagamasid ang kanilang mga coordinate sa oras ngunit pinapanatili ang kanilang sariling mga coordinate sa puwang. Sa pamamagitan ng isang karagdagang hakbang sa matematika na tinatawag na renormalization, hahantong ito sa “nabago ang normal na pinaghalong spacetime”.

“Sabihin nating nasa lupa ako at lumilipad ka sa space station, at pareho kaming nagmamasid tulad ng isang kometa na lumilipad palayo,” sabi ni Gopalan. “Sinusukat mo kung kailan at saan mo ito makikita, at ginagawa ko ang akin mula sa parehong kaganapan, at pagkatapos ay ihinahambing namin ang mga tala. Pagkatapos ay pinagtibay ko ang iyong pagsukat ng oras bilang minahan, ngunit panatilihin ang orihinal na pagsukat ng puwang ng kometa. Kinukuha mo ang aking pagsukat ng oras bilang iyong sarili, ngunit panatilihin ang sariling pagsukat ng space ng kometa. Mula sa pananaw sa matematika, kung gagawin namin ang paghahalo ng aming mga sukat, mawala ang nakakainis na minus sign. “

Mga Sanggunian:

V. Gopalan, Mayo 27, “Mga kamag-anak na kristal na space-time” Acta Crystallographica A.
DOI: 10.1107 / S2053273321003259

Mayo 27, “Mula sa mala-kristal na kulay na mahusay na proporsyon hanggang sa dami ng espasyo-oras” nina M. Bojowald at A. Saxena, Acta Crystallographica A.
DOI: 10.1107 / S2053273321005234

Pinondohan ng National Science Foundation ang pananaliksik na ito.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.