Az argentin-amerikai elméleti fizikus, Juan Martin Maldacena 1997-es tanulmányában írta le először az AdS/CFT (anti-de Sitter/conformal field theory) összefüggés elméletét, amely egy olyan nemlétező világot mutat be, ami egyesíti a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet területét és bemutatja, hogy elméletileg hogyan lehetne összehozni a relativitáselmélet által leírt gravitációt a kvantumvilággal.

Míg a legkisebb részecskék mérettartományában a kvantummechanika magyarázza a történéseket, a gluonok, bozonok vagy éppen fotonok által közvetített erős, gyenge és elektromágneses kölcsönhatásokat, addig nagyobb skálán az általános relativitáselmélet írja le a világot, többek között a gravitáció jelenségét is. A kvantumgravitáció felfedezése, vagyis a gravitációs hatás a legkisebb részecskék szintjén való megjelenésének megfigyelése a fizikusoknak eddig nem sikerült, emiatt a mindenség elméletének kidolgozása is várat magára.

Az AdS/CFT világában egy bizonyos számú dimenzióval rendelkező CFT és az ennél eggyel több dimenziós AdS úgy felel meg egymásnak, mint ahogy a hologram esetében a képről szóló minden információt hordozó kétdimenziós kiindulási pont és a belőle megszülető háromdimenziós kép, vagyis a téridőt képviselő anti-de Sitter tér az annak 'felületén' lévő CFT információi szerint valósul meg.

Ez a felület a kvantumösszefonódás által hozza létre a belső, eggyel több dimenziós teret,

ezért a kvantummechanikai és a gravitációt is magában foglaló elmélet dualitása is megvalósul benne.

A fizikusok körében népszerű és rendszeresen használt Maldacena modellt azonban ezentúl már nem csak elméleti számítások elvégzésére használják, egy stanfordi kísérleti fizikus laboratóriumában nagyon is gyakorlati módon próbálják megépíteni a segítségével a téridő analógiáját, és megérteni a kvantumgravitáció lehetséges működését. Monika Schleier-Smith kutatótársaival együtt 2019-ben kezdett bele a kísérletekbe, amelynek során az AdS/CFT tér egy sajátos verziójának modelljét igyekeznek leképezni, ez az úgynevezett p-adikus számokra alapozott verzió, amelyet Steven S. Gubser, a Princeton Egyetem professzora dolgozott ki 2016-ban.

A p-adikus számokat 1897-ben írta le Kurt Hensel német matematikus a racionális számok kiterjesztéseként: ez egy alternatív számrendszer, amelynek tagjai abban térnek el a 'szokásos' számoktól, hogy az értéküket a prímeik határozzák meg. A p-adikus számok jellegzetessége, hogy az ábrázolásuk során felrajzolhatóak egy csomópontokkal és elágazásokkal rendelkező, szimmetrikus alakzatként, Gubser felfedezése szerint pedig ez pontosan megfelel az AdS/CFT tér belsejében megjelenő fához hasonló szerkezetnek, amennyiben p-adikus számokat használnak a felület (CFT) leírásában.

Ahhoz, hogy ez a sajátos fa alakzat ne csak papíron, hanem konkrétan a laboratóriumban is megjelenjen, a kvantumösszefonódást hívták segítségül a kutatók, akik Schleier-Smith vezetésével megpróbálták megalkotni a megjósolt struktúrát a valóságban is. A fizikusok egy optikai üregben egy sorban, egymás melletti csoportokba rendezett rubídium-87 atomokat hűtöttek abszolút nulla fok közeli hőmérsékletre, majd lézerrel összefonódott állapotba hozták őket, de az összefonódás erejét a kamra mágneses terének változtatásával módosították.

Amikor a mágneses tér egyenletes erősségű volt a kamra teljes hosszában, az összefonódás is egyenletessé vált a különböző csoportok között,

a módosítással viszont sikerült elérni, hogy az interakció lokális szinten valósult meg, ezzel az irányítással pedig létre tudták hozni az atomok közötti kapcsolatoknak egy olyan hálózatát, amely független volt az atomok konkrét elhelyezkedésétől. Vagyis, mialatt az atomok fizikailag továbbra is sorba voltak rendezve, az összefonódással kialakult kapcsolatok felvették a kívánt fa alakzatot, ami hasonlított a Gubser által leírt különleges AdS/CFT térre.

A kísérlet még csak a kezdeti fázisát jelenti azoknak a kutatásoknak, amelyek a fizikusokra várnak, hogy egyre bonyolultabb minták megalkotásával közelebb jussanak az eddig csak elméletekben létező modellek tanulmányozásához, de a tanulmányról beszámoló Quanta magazinnak nyilatkozó Maldacena szerint így is nagy előrelépést jelenthet.

"A témánk mindig is nagyon elméleti volt, ezért ez a kapcsolat a kísérletekkel még több kérdést fog felvetni."

- jósolta a fizikus.

A vizsgálat résztvevői abban bíznak, hogy a hasonló megfigyelések közelebb hozhatják a kvantumgravitáció megértésének lehetőségét, amire egyébként nem sok esély kínálkozna, mivel azt főként a fekete lyukak tanulmányozásával lehetne csak megvalósítani. A sajátos holografikus világ egészen kis léptékű megalkotása a laborban, vagy, ahogy Schleier-Smith megfogalmazta, a kvantumgravitáció játék modelljének a megépítése viszont helyettesítheti a lehetetlennek ígérkező közvetlen megfigyelést. Patrick Hayden, a Stanford kvantuminformáció-elmélettel foglalkozó fizikusa szerint egy ilyen kísérlet őrült ötletnek tűnik ugyan, de még mindig a könnyebb választást jelenti a sokat kutatott rejtély megoldása felé vezető úton.

"Ahelyett, hogy megpróbálnánk megérteni a téridőt létrejöttét az univerzumban, inkább építsünk játék univerzumokat a laboratóriumban és tanulmányozzuk a téridő kialakulását itt."

- mondta Hayden.

(Fotó: Wikimedia Commons, Pixabay, Getty Images/Alfred Pasieka/Science Photo Library)

További cikkek a témában:

Lehetséges, hogy az Univerzum egy laboratóriumban készült? Egy harvardi fizikus elmélete szerint ideje beismerni, hogy talán nem az emberiség a legintelligensebb létforma a környéken, elvégre még egy bébi univerzumot sem vagyunk képesek létrehozni. Mások azonban lehet, hogy pontosan ezt tették és így született meg az általunk ismert világ.
A Microsoft kutatói szerint a világegyetem úgy működik, mint egy gépi mesterséges intelligencia Ez pedig azt is megmagyarázná, miért nem sikerült még kidolgozni egy mindent magában foglaló, egységes fizikai világképet.
Egy új tanulmány szerint hologram-szerűek, azaz két dimenziósak lehetnek a fekete lyukak A fekete lyukak eseményhorizontján túli világról, fizikáról, bármiről, csak elméleteink vannak, lévén egyelőre nem vagyunk képesek onnan információhoz jutni. Mindenesetre elég sok anyag van odabent, szóval tumultuózus hely lehet.