💢چگونه آنتروپی شانون (Claude Shannon) محدودیت های بنیادین را بر ارتباطات تحمیل می کند
قسمت دوم


‍ اصطلاح "آنتروپی" از فیزیک وام گرفته شده است، جایی که آنتروپی معیاری از بی نظمی است. یک ابر دارای آنتروپی بالاتری نسبت به یک مکعب یخ است، زیرا ابر روش‌های مجاز  بیشتری برای چیدمان مولکول‌های آب نسبت به ساختار کریستالی مکعب یخ ، دارد . به روشی مشابه، یک پیام رندوم دارای آنتروپی شانون بالایی است - احتمالات زیادی برای نحوه چیدمان اطلاعات آن وجود دارد - در حالی که پیامی که از یک الگوی دقیق پیروی می کند، آنتروپی پایینی دارد. در روش محاسبه آنتروپی هم در فیزیک و هم در نظریه اطلاعات شباهت‌های رسمی وجود دارد.
در فیزیک، فرمول آنتروپی شامل  لگاریتمی از حالات فیزیکی ممکن است. در تئوری اطلاعات، لگاریتم نیز شامل نتایج ممکن برای رویداد است.
درک فرمول لگاریتمیک آنتروپی شانون به سادگی امکانپذیر نیست ، راه دیگر برای فکر کردن به آنتروپی شانون تعداد سؤالات بله یا خیر است که به طور متوسط ​​برای تعیین محتوای یک پیام لازم است.
برای مثال، دو ایستگاه هواشناسی ، یکی در سن دیگو و دیگری در سنت لوئیس را تصور کنید . هر کدام می خواهد پیش بینی هفت روزه شهر خود را برای دیگری ارسال کند. سن دیگو تقریبا همیشه آفتابی است، به این معنی که شما در مورد آنچه پیش بینی می گوید اعتماد به نفس بالایی دارید. آب و هوا در سنت لوئیس نامشخص تر است - احتمال یک روز آفتابی نزدیک به 50-50 است.‌‌

برای انتقال هر پیش بینی هفت روزه چند سوال بله یا خیر لازم است؟ برای سن دیگو، احتمالا اولین سوال مفید  این باشد: آیا تمام هفت روز پیش بینی آفتابی است؟ اگر پاسخ مثبت است ، شما کل پیش بینی را در یک سوال مشخص کرده اید. اما سنت لوئیس باید برای هر روز، پیش بینی مجزا ارائه کنید: آیا روز اول آفتابی است؟ در مورد دوم چطور؟

هر چه در مورد محتوای یک پیام اطمینان بیشتری وجود داشته باشد، به طور متوسط ​​برای تعیین آن به سوالات بله یا خیر کمتری نیاز خواهید داشت.
برای مثال دیگر، دو نسخه از یک بازی الفبا را در نظر بگیرید.
در نسخه اول، من یک حرف را به طور تصادفی از الفبای انگلیسی انتخاب کرده ام و می خواهم آن را حدس بزنید. اگر از بهترین استراتژی حدس زدن ممکن استفاده کنید، به طور متوسط ​​4.7 سوال برای به دست آوردن آن نیاز دارید. ( اولین سوال مفید این خواهد بود، "آیا حرف در نیمه اول الفبا است؟")
در نسخه دوم بازی، به جای حدس زدن ارزش حروف تصادفی، سعی می کنید حروف را در کلمات واقعی انگلیسی حدس بزنید. اکنون می توانید حدس  خود را طوری تنظیم کنید که از این واقعیت استفاده کنید که برخی از حروف ارزش بیشتری از بقیه دارند  و دانستن ارزش یک حرف به شما کمک می کند ارزش حرف بعدی را حدس بزنید (q تقریباً همیشه توسطu دنبال می شود). شانون آنتروپی زبان انگلیسی را 2.62 بیت در هر حرف (یا 2.62 سوال بله یا خیر) محاسبه کرد که بسیار کمتر از 4.7 سوالی است که اگر هر حرف به طور تصادفی ظاهر شود، به آن نیاز دارید. به عبارت دیگر، الگوها عدم قطعیت Uncertainty را کاهش می‌دهند، که امکان برقراری ارتباط زیاد با استفاده از اطلاعات نسبتاً کم را ممکن می‌سازد.‌‌

توجه داشته باشید که در نمونه هایی از این دست می توانید سوالات بهتر یا بدتر بپرسید. آنتروپی شانون یک طبقه غیرقابل نقض را تعیین می کند: آنتروپی شانون حداقل تعداد بیت ها یا سوالات بله یا خیر است که برای انتقال یک پیام لازم است.

🔺تارا جاویدی گفت:

شانون نشان داد چیزی شبیه سرعت نور، یک محدودیت بنیادین وجود دارد، وی نشان داد که آنتروپی شانون یک محدودیت بنیادین برای اینکه چقدر می توانیم منبع را فشرده کنیم، بدون خطر اعوجاج یا از دست دادن اطلاعات !
امروزه آنتروپی شانون به عنوان معیاری در بسیاری از تنظیمات کاربردی از جمله فناوری فشرده سازی اطلاعات عمل می کند. برای مثال، اینکه می‌توانید یک فایل فیلم بزرگ را زیپ کنید، به این دلیل  که رنگ‌های پیکسلی الگوی آماری دارند، مانند کلمات انگلیسی ، است!
مهندسان می‌توانند مدل‌های احتمالی را برای الگوی پیکسلی رنگ‌ها ،از یک فریم به فریم دیگر بسازند. این مدل‌ها محاسبه آنتروپی شانون را با تخصیص وزن به الگوها و سپس گرفتن لگاریتم وزنی برای همه راه‌های ممکن برای پیکسل‌ها ممکن می‌سازند. و مقدار محدودیت فشرده‌سازی «بدون ضرر» را به شما می‌گوید – حداکثر مقداری که فیلم می‌تواند پیش از از دست دادن اطلاعات در محتوای آن،  فشرده شود.
عملکرد هر الگوریتم فشرده سازی را می توان با این حد مقایسه کرد. اگر از آن دور هستید، انگیزه ای دارید که برای یافتن الگوریتم بهتر سخت تر تلاش کنید. اما اگر به آن نزدیک هستید، می‌دانید که قوانین اطلاعاتی کیهان شما را از انجام کارهای بسیار بهتر باز می‌دارد.‌‌

💢@higgs_field

🟣 نگاه بنیادین به پارتیکل متحرک در فضا
کیلن دب
قسمت نهم


با در نظر گرفتن موارد زیر یک تمرین تحلیلی ساده برای تبادل فوق انجام می دهیم.
ΔT1= time measured in particle's fram of reference

ΔT2 = time measured in virtual particle frame

γ = Lorentz Factor

γ m c² / ΔT1= rate of exchange of energy= mc²/ΔT2

γ m c² * ΔT2 ∝action taken place ∝ m c² * ΔT1

ΔT1 = γ * ΔT2

ΔL1= is space measured in particles frame of reference

ΔL2 = is based measure it in vertual particles frame

γ m c² / ΔL2 = strength of interaction in between= m c² / ΔL1

ΔL1 = ΔL2/γ

این نشان‌دهنده اثرات اتساع زمانی و انقباض طولی به دلیل نسبیت حرکت بین ذره و ذره مجازی است. بنابراین، ذره با دنبال کردن یک تبادل مشابه با یک ذره مجازی دیگر، به حرکت خود ادامه می‌دهد. با این حال، از آنجایی که ذره آزاد است که در هر جهت ممکن حرکت کند، تعدادی ذره مجازی در اطراف و در مجاورت آن وجود خواهد داشت که آماده مبادله‌ی موقعیت با آن هستند، همچنین در طول حرکت آن تبادل پیوسته با ذرات مجازی وجود خواهد داشت که به احتمال زیاد فقط به صورت تصادفی random ، با در نظر گرفتن جهت کلی حرکت و عدم انحراف زیاد از مسیر مستقیم کلی، در غیاب هرگونه برهمکنش خارجی دیگر با ذره خواهد بود .

این منجر به یک حالت حرکت کوانتومی می شود که در دنیای واقعی پیش بینی می شود، که بسیار شبیه به حرکت رندوم یک فرد در یک جمعیت با مبادله موقعیت خود با شخص دیگری در حالی که جهت خود را به سمت مقصد واقعی خود حفظ می کند.

🔻8. ذره و موج

آنالیز فوق از حرکت یک ذره بنیادی نشان می‌دهد که ذره به همراه سایر ذرات مجازی اطراف آن حرکت می‌کند، و هر ذره مجازی به نوبه خود مانند ذره‌ای عمل می‌کند که آماده است موقعیت خود را با ذره مجازی دیگری در مجاورت خود تبادل کند.
سناریوی مشابهی در هر موقعیت لحظه ای ذره در فضا وجود خواهد داشت که منجر به تشکیل یک الگوی موجی با دریایی از ذرات مجازی می شود که همراه با ذره حرکت می کنند.
بنابراین یک ماهیت موجی ذره در طول انتقال آن از ترکیب اولیه به یک ترکیب نهایی فضا-زمان مشاهده خواهد شد. این موضوع ماهیت دوگانه موج-ذره یک ذره بنیادی در حرکت را توضیح می‌دهد.

یکی از پیامدهای جابجایی بالا برای ذره، تداخل امواج پس از عبور از شکاف‌های دوتایی خواهد بود، همانطور که آزمایش‌ها مشاهده کردند. با این حال، در صورتی که ذره توسط یک سامانه خارجی تحت مشاهده باشد، مسیر آن به‌طور قابل مشاهده ردیابی می‌شود، به‌جای اینکه حرکت تصادفی کلی آن موقعیت خود را با ذرات مجازی عوض کند، در نتیجه تداخل از بین می‌رود. این الگو حتی برای آزمایش نسخه دو شکاف تک ذره single particle dual slit یا آزمایش نسخه با زاویه باز wide-angle تک ذره نیز صادق است، و به دلیل حالت حرکت کوانتومی فوق ، ذره اجازه دوگانگی موج-ذره را می دهد، و همین اثر مشاهده خواهد شد.‌‌
در شرایط تحلیلی، رفتار فوق قبلاً با استفاده از مفاهیم احتمال و کنش معادلات نسبیتی حرکت مربوطه شبیه‌سازی شده است. در اینجا توضیحی برای دلیل چنین رفتاری ارائه داده ام، همانطور که توسط آزمایش های مختلف مشاهده شده است.‌‌

💢@phys_Q

‍ 💢چگونه یونیورس ما می تواند از یک هولوگرام پدیدار شود

فیزیکدانان مدلی هولوگرافیک از «فضای دی سیتر  »، اصطلاحی برای یونیورسی مانند یونیورس ما، ابداع کرده‌اند که می‌تواند سرنخ‌های جدیدی درباره منشأ فضا و زمان به ما بدهد.

نوشته ناتالی ولکور-ناتیلوس
قسمت نخست

فیزیکدانان معتقدند که تار و پود فضا و زمان بر اساس الگوی ناشناخته‌ای پدیدار emergent شده و با نخ‌های کوانتومی دوخته  شده است. و
به مدت 22 سال، آنها یک مدل اسباب‌بازی از نحوه عملکرد فضا-زمان امرجنتال داشتند: یک « یونیورس در  بطری» تئوریک ، همانطور که کاشف آن، خوان مالداسنا، آن را توصیف کرده است.
فضا-زمان که ناحیه داخل بطری را پر می کند - پیوستاری که خم می شود و موج می زند و نیرویی به نام گرانش تولید می کند - دقیقاً به شبکه ای از ذرات کوانتومی که روی سطح صلب و بدون گرانش بطری وجود دارند  ، توصیف می شود. "یونیورس " داخلی از سیستم مرزی با ابعاد پایین تر مشابه یک هولوگرام ، تولید می شود .

کشف این هولوگرام توسط مالداسینا به فیزیکدانان یک مثال کاربردی از تئوری  گرانش کوانتومی داده است.

اما این مطلب لزوما به این معنی  که یونیورس اسباب بازی بیانگر  چگونگی ظهوریافتن فضازمان و گرانش در یونیورس ما نیست . فضای داخلی بطری یک مکان پویا و سبک به نام فضای آنتی دی سیتر (AdS) است که مانند زین انحنای منفی دارد. جهات مختلف روی انحنای زین به روشهای مخالف، با جهتی خمیده به سمت بالا و جهت دیگر خمیده به پایین است . وقتی از مرکز آن دور می‌شوید، انحناها به سمت عمود گرایش پیدا می‌کنند که در نهایت به فضای AdS مرز بیرونی می‌دهد - سطحی که ذرات کوانتومی می‌توانند برای ایجاد یونیورس هولوگرافیک درون آن برهمکنش کنند.

با این حال، در واقعیت، ما در یک فضای با انحنای مثبت "de Sitter (dS)" ساکن هستیم که شبیه سطح کره ای است که بدون مرز در حال انبساط است.

از سال 1997، زمانی که مالداسینا correspondence  AdS/CFT  -  یک دوگانگی بین فضای AdS و یک "نظریه میدان کانفورمال CFT" که برهمکنش های کوانتومی در مرز آن فضا را توصیف می‌کند ، کشف کرد- فیزیکدانان به دنبال توصیف مشابهی برای نواحی از فضا-زمان مانند فضا-زمان ما بودند که در بطری قرار نداشته باشند .  تنها "مرز boundary " یونیورس ما آینده نامتناهی است. اما دشواری مفهومی نمایش هولوگرام از ذرات کوانتومی که در آینده بی‌نهایت وجود دارند ، مدت‌ها تلاش‌ها برای توصیف فضازمان  هولوگرافیک واقع گرایانه ، متوقف کرده است.
با این حال، در سال گذشته، سه فیزیکدان راهشان را به سمت هولوگرام فضای دی سیتر ، باز کردند. مانند تناظرات AdS/CFT، مدل آنها نیز یک مدل اسباب‌بازی است، اما برخی از اصول ساخت آن ممکن است به هولوگرام‌های فضازمان واقع گرایانه تر گسترش یابد. شی دونگ از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، که این تحقیق را رهبری می‌کرد، گفت:

شواهد وسوسه‌انگیزی وجود دارد که مدل جدید قطعه‌ای از چارچوبی یکپارچه برای گرانش کوانتومی در دی سیتر [فضا] است.‌‌

🆔 @phys_Q

💢 قاپیدن گوشی بالای پل مرتفع در هند


💢@higgs_field

💢 مکانیزم شتاب‌دهنده ذرات
یحیی طباطبایی


💢@higgs_field

این پزشک هم ببینید

💢@higgs_field

🟣 نگاه بنیادین به پارتیکل متحرک در فضا
کیلن دب
قسمت دهم


📌9. ذره و میدان particle & field


یک ذره بنیادی، در صورت حرکت ، در تمام جهات ممکن در اطراف خود، دریایی از ذرات مجازی را تولید می کند و آماده است تا موقعیت های position خود را مطابق با حرکت ذره بصورت رندم random تعویض کند مشروط بر اینکه راستایی حرکت مستقیم بماند . ( این تبادل exchange پوزیشن ذره با ذرات مجازی ، تابع موج و تداخل را توضیح می دهد )
در نتیجه یک میدان مجازی در اطراف ذره ایجاد خواهد شد که هر ذره مجازی در هر نقطه از فضای اطراف ذره مکان و ویژگی میدان را فراهم می کند. علاوه بر این، ممکن است یک رشته مجازی که امتداد آن از ذره تا شبه ذره است و باعث تاثیرات این دو بر یکدیگر است ، باعث تولد خط برهمکنش شبیه به خطوط متعارف نیرو می‌شود.
در صورت وجود هر ذره دیگری در نزدیکی ذره مورد نظر، برهمکنش متقابل بین این دو وجود خواهد داشت و خطوط برهمکنش فوق در امتداد فضای میانی کشیده شده و به یکدیگر ختم خواهند شد. از آنجایی که یک ذره چندین ویژگی مشخص خواهد داشت، به عنوان مثال. جرم، بار الکتریکی، تکانه، انرژی و غیره ......، ماهیت و میزان برهمکنش بین دو ذره به این ویژگی ها بستگی دارد. این بدان معناست که یک ذره در حال حرکت توانایی اعمال اثرات خود را در موقعیت دیگری در فضایی دور از خود را در صورت وجود ذره دیگر در آن موقعیت دارد و برهمکنش متقابل وجود خواهد داشت، طبق اصل برهم نهی، تأثیرات بنیادین هر ذره مستقل در نظر گرفته می شود .

با همه ی تاثیرات بالا که سازنده و تغذیه کننده یک میدان در فضای میانی است ، قدرت میدان با فاصله تغییر می کند و ذرات ‌ در اتحاد با میدان حرکت می کنند. برهمکنش بین ذرات، همانطور که قبلاً اشاره شد، تنها می تواند با تبادل ذرات مجازی در امتداد خطوط برهمکنش انجام شود، زیرا فقط ذرات می توانند به دلیل جرم ذاتی خود بر دیگر ذرات تأثیر داشته باشند و قادر به حمل و انتقال انرژی و تکانه هستند ، که برای اعمال تغییر در ذره دیگر مورد نیاز است.
علاوه بر ذرات دارای بار الکتریکی، پتانسیل مغناطیسی و غیره، ذرات واقعی به شکل فوتون توسط ذرات میدان ساز و هنگام برهمکنش تابش می کنند .ماهیت واقعی میدان به ماهیت ذرات سازنده میدان بستگی دارد. بنابراین در واقع، فضا میدانی یکپارچه است که در آن همه‌ی برهمکنش ها وابسته به ذره ای که وارد برهمکنش می شود، صورت می گیرد.
ذرات مادی میدان گرانشی و برهمکنش آن را ایجاد می کنند، ذرات باردار برهمکنش الکترومغناطیسی و برهمکنش های ضعیف و قوی توسط ذرات مربوطه انجام می شود. این تقریباً به همان روشی است که بازیکنانی که به بازی می آیند ممکن است تصمیم بگیرند که در یک زمین قرار است فوتبال یا راگبی یا هاکی بازی کنند .
با این حال، یک پرسش بی پاسخ ابدی باقی خواهد ماند که کدام ذره یا میدان اول است.


💢@phys_Q

💢 این محتوا تلاش دارد با یک سری فرضیات و استدلالات و همچنین فکت و تئوری های فیزیک بینشی بنیادین در رویارویی با فضازمان ترسیم کند . هر چند سابقا این مقاله را به شکل ناقص و خلاصه منتشر کرده ایم ، این بار کامل تر منتشر خواهیم کرد.

💢On fundamental of a moving particle in space

قسمت نخست

قسمت دوم

قسمت سوم

قسمت چهارم

قسمت‌پنجم

قسمت ششم

قسمت هفتم

قسمت هشتم

قسمت نهم

قسمت دهم

‍ 💢چگونه یونیورس ما می تواند از یک هولوگرام پدیدار شود

فیزیکدانان مدلی هولوگرافیک از «فضای دی سیتر  »، اصطلاحی برای یونیورسی مانند یونیورس ما، ابداع کرده‌اند که می‌تواند سرنخ‌های جدیدی درباره منشأ فضا و زمان به ما بدهد.

نوشته ناتالی ولکور-ناتیلوس
قسمت دوم


دونگ و نویسندگان همکار اوا سیلورستاین از دانشگاه استنفورد و گونزالو توروبا از مرکز اتمی باریلوک در آرژانتین هولوگرام فضای dS - دی سیتر را با برش دادن دو جهان AdS، چرخاندن و چسباندن مرزهایشان به هم ساختند.

فرآیند برش cut برای رویارویی با یک بی‌نهایت مشکل‌ساز لازم است: این واقعیت که مرز فضای AdS بی‌نهایت دور از مرکز آن است. (پرتویی از نور را تصور کنید که مسافت بی‌نهایتی را از انحنای زین طی می‌کند تا به لبه برسد.) دانگ و همکارانش با بریدن ناحیه فضا-زمان در یک شعاع بزرگ، فضای AdS را محدود کردند. این امر باعث ایجاد چیزی شد که به پاس احترام به فیزیکدانان لیزا راندال و رامان ساندرام که این ترفند را ابداع کردند،به نام "گلوگاه راندال-ساندروم " نامیده می شود .

این فضا هنوز با یک CFT که در مرز آن تعریف می شود، تقریب زده می شود، اما مرز اکنون نه در بی نهایت بلکه در یک فاصله محدود است.
سپس، دونگ و همکارانش موادی از نظریه ریسمان را به دو گلوگاه تئوریک لیزا-ساندروم اضافه کردند تا به آنها انرژی داده و انحنای مثبت به آنها بدهد. این روش که "uplift" نامیده می شود، دو فضای AdS زین شکل را به فضاهای dS کاسه شکل تبدیل می‌کند. سپس فیزیکدانان می‌توانند کار واضحی را انجام دهند: دو کاسه را در امتداد لبه‌هایشان به هم بچسبانند. CFTهایی که هر دو نیمکره را توصیف می کنند با یکدیگر جفت می شوند و یک سیستم کوانتومی واحد را تشکیل می دهند که از نظر هولوگرافیک دوگان با کل فضای کروی دی سیتر است.

دونگ افزود: «فضا زمان به‌دست‌آمده هیچ مرزی ندارد، اما از نظر ساخت، دوگان به دو CFT است. از آنجایی که استوای فضای دسیتر، جایی که دو CFT در آن وجود دارند ، خود یک فضای دی سیتر است، این ساختار را "correspondence dS/dS" می نامند.
اوا سیلورستاین در سال 2004 این ایده اساسی را با سه نویسنده همکار ارائه کرد، اما ابزارهای نظری جدید به او، دونگ و توروبا این امکان را داده است که هولوگرام dS/dS را با جزئیات بیشتری مطالعه کنند و نشان دهند که این مدل بررسی‌های سازگاری ساختاری مهمی را انجام می‌دهد. در مقاله‌ای که تابستان گذشته منتشر شد، آن‌ها محاسبه کردند که آنتروپی درهم‌تنیدگی - اندازه‌گیری مقدار اطلاعات ذخیره شده در CFT‌های جفت شده ساکن در استوا - با فرمول آنتروپی شناخته‌شده برای ناحیه کروی متناظر فضای دی سیتر مطابقت دارد.‌‌

🆔 @phys_Q

🟣لارنس کراوس درباره Nothing توضیح می دهد


آلبرت اینشتین اولین فردی بود که فهمید " فضای خالی" هیچ یا عدم نیست. فضا دارای خواص شگفت انگیزی است که درک بسیاری از آنها تازه آغاز شده است. اولین ویژگی که اینشتین کشف کرد این است که امکان ایجاد فضای بیشتری وجود دارد. سپس یک نسخه از نظریه گرانش اینشتین ، نسخه ای که حاوی ثابت کیهان شناسی است ، پیش بینی دوم را انجام می دهد: "فضای خالی" می تواند دارای انرژی خاص خود باشد.
در ابتدا خلاء هیچ انگاشت می شد اما بعد ها متوجه شدیم بالاخره خلاء شامل میدان های کوانتومی و نوسانات انرژی ست . سپس تئوری مهبانگی را برآمده از هیچ انگاشتیم اما انکار نمی کنیم که بالاخره شرایط پیشامهبانگی باید شامل یک سری قوانین فیزیک ناشناخته باشد که پتانسیل ایجاد یونیورس هایی با قوانین متفاوت را داشته باشد . آن هیچ هم چیزی ست . میتوانید هیچ فیزیکی را در فیزیک در نظر بگیرید اما هیچ به معنی عدم مطلق ، در فیزیک قابل طرح نیست چرا که قوانین فیزیک مقدم بر فیزیک اند ، فقدان این قوانین ، بحث را غیر علمی می کند.
🆔 @phys_Q

💢 مانتیس یا آخوندک


در حالی که این حشره تخم هایش را در غلافی بر روی گیاهان رها می کند ، دقیق نمی دانیم تصویر بالا حاکی از چیست .

💢@higgs_field

‍ 💢چگونه یونیورس ما می تواند از یک هولوگرام پدیدار شود

فیزیکدانان مدلی هولوگرافیک از «فضای دی سیتر  »، اصطلاحی برای یونیورسی مانند یونیورس ما، ابداع کرده‌اند که می‌تواند سرنخ‌های جدیدی درباره منشأ فضا و زمان به ما بدهد.

نوشته ناتالی ولکور-ناتیلوس
قسمت سوم و پایانی


آنها و سایر محققان در حال بررسی بیشتر هولوگرام دی سیتر با استفاده از ابزارهای علوم کامپیوتر هستند. همانطور که در مقاله اخیر برای مجله کوانتامگزین ( ناتالی در حال شوآف و فخر فروشی به سابین) توضیح دادم، فیزیکدانان در چند سال اخیر کشف کرده‌اند که  AdS/CFT - correspondence دقیقاً مانند یک «کد تصحیح خطای کوانتومی» عمل می‌کند - شماتیکی برای رمزگذاری ایمن اطلاعات در یک سیستم کوانتومی پیچیده ، خواه کامپیوتر کوانتومی باشد یا CFT!

تصحیح خطای کوانتومی احتمالا این که چگونه فابریک (بافت) ایمرجنتال (ظهور یافته) فضازمان به استحکام خود دست می یابد، است ،  علیرغم اینکه از ذرات کوانتومی ظریف fragile بافته شده است.

دونگ، که  عضو تیمی  که ارتباط بین AdS/CFT و تصحیح خطای کوانتومی را کشف کرد، بود گفت:

"من معتقدم که هولوگرافی د سیتر نیز به عنوان یک کد تصحیح خطای کوانتومی کار می‌کند، و  بسیار دوست دارم چگونگی آن را بفهمم."

  امید چندانی به شواهد تجربی  که صحت این دیدگاه جدید در مورد فضا-زمان دی سیتر را تأیید کند، وجود ندارد اما به گفته دانگ، "شما به طور غریزی می دانید که اگر قطعات پازل نسبت به هم هماهنگ باشند، در مسیر درستی قرار دارید."

پاتریک هیدن، فیزیکدان نظری و دانشمند کامپیوتر در استنفورد که تناظرات AdS/CFT و رابطه آن با تصحیح خطای کوانتومی را مطالعه می‌کند، گفت که او و دیگر متخصصان در حال بررسی مدل dS/dS دونگ، سیلورستاین و توروبا هستند. اوی گفت - که هنوز خیلی زود است که بگوییم آیا بینش در مورد چگونگی بافته شدن فضازمان و نحوه عملکرد گرانش کوانتومی در فضای AdS به مدل دسیتر منتقل می شود یا خیر!

هیدن گفت: "اما یک مسیر وجود دارد - کاری که باید انجام شود." «شما می توانید سؤالات ریاضی مشخصی را فرموله کنید.  فکر می کنم  قرار است در چند سال آینده اتفاقات زیادی بیفتد."
تصویر اصلی: طرحی توسط شی دونگ از روش برش، چرخاندن و چسباندنی که او و همکارانش برای ساختن هولوگرام یک یونیورس دی سیتر استفاده کردند. اعتبار: شی دونگ

🆔 @phys_Q

💢 نگاه بنیادین به پارتیکل متحرک در فضا
کیلن دب
قسمت یازدهم

📌10. حالت پایه و انرژی خلاء ground state & vaccum energy

حرکت یک ذره بنیادی مرتبط با میدان حاوی از یک فکت مهم است که فضای پیرامون ذره ذخیره ای از انرژی را فراهم می‌کند که ذره مجازی از آن ایجاد شده و تبادل انرژی و پوزیشن به حرکت اجازه تداعی می دهد. این رویداد بیان گر حالت پایه  انرژی خلاء است  که به طور قاطع توسط نظریه میدان کوانتومی (QFT) فرض شده است ( الگوی یک جرم در حال نوسان در انتهای فنر برای توضیح مناسب است-موجود در کانال)
از آنجایی که انرژی فقط در حین انتقال آشکار می‌شود، ما نیز به روش متفاوتی به آن می نگریم . در این نگرش ، ذرات بنیادین در آغاز جابجایی ، مقداری انرژی معادل جرم سکون mc² برای خروج از حالت پایه ground state در فضای پیرامونی از ذرات مجازی ایجاد می کنند .
پس از آن، قوانین پایستگی جرم و انرژی وارد عمل می شوند و در تمام مسیر محاسبات قبل و بعد از هر تبادلی که با رعایت اصل پایستگی انرژی انجام می شود، صادق است.
به این معنا، انرژی از حالت پایه با حرکت ذره بنیادی ایجاد می‌شود و سپس بنا بر پایستگی انرژی ، این انرژی پایسته باقی می‌ماند.

• اکنون اما معمای طبیعت این است که ، چگونه و از کجا این انرژی عظیم حالت پایه به وجود می آید؟
در حال حاضر علم و نه الهیات - هنوز پاسخی برای این پرسش پیدا نکرده است.‌‌


🔺11. برهم کنش گرانشیgravitational interaction

برهمکنش گرانشی بین دو یا چند ذره پرجرم، صرفاً به دلیل داشتن خاصیت جرم وجود دارد. همانطور که در بالا نشان داده شد، یک ذره متحرک موقعیت خود را با ذرات مجازی اطراف خود تعویض می کند و در نتیجه یک میدان ایجاد می کند. از آنجایی که به این ترتیب ذره فقط می تواند مقداری از انرژی معادل انرژی جرم سکون خود را تبادل کند، قدرت برهمکنش گرانشی با جرم ذره مرتبط خواهد بود. در صورت وجود دو ذره پرجرم در مجاورت یکدیگر، میدان گرانشی ایجاد می شود و خطوط گرانشی برهمکنش بین ذرات شروع و خاتمه می یابد. سایر خواص مربوط به جرم ذره به عنوان مثال، تکانه و انرژی نیز در میدان گرانشی که بین دو ذره مداخله می‌کند و منجر به جذب متقابل می‌شود، وارد عمل می‌شود.

این جنبه قبلاً با آنالیز نظری نظریه میدان کوانتومی (QFT) به تصویر کشیده شده است، در حالی که نظریه نسبیت عام (GR) فقط اجسام بسیار بزرگ را در نظر می گیرد. با یک جرم بزرگ، دریای عظیمی از ذرات مجازی در اطراف آن وجود خواهد داشت و همانگونه که در فرمول‌بندی معادلات GR گنجانده شده است، تحت تنش و کرنش قرار می‌گیرد و در نتیجه انحنای بافت فضا-زمان ایجاد می‌شود. همانطور که توسط نظریه تصریح شده است .



💢 @phys_q

🟣 holographic and AdS/CFT duality
Anti de sitter space and de sitter space
-open and close universe
✦ ‍ LOCAL CURVATURE OF SPACE

طبق نظریه نسبیت عام انیشتین، آبجکت های پرجرم ، فضازمان پیرامون خود را دچار اعوجاج می‌کنند، و اثری که این اعوجاج بر دیگر آبجکت ها می‌گذارد همان چیزی است که ما گرانش می‌نامیم. بنابراین، به صورت محلی، فضازمان پیرامون هر آبجکت دارای  انحنای ناشی از جرم است.‌‌

✦ OVERALL CURVATURE OF SPACE

جرم همچنین بر هندسه سراسری یونیورس تأثیر دارد. چگالی ماده و انرژی در یونیورس-  باز، بسته یا تخت بودن یونیورس را تعیین می کند. اگر چگالی برابر با چگالی بحرانی باشد، یونیورس انحنای صفر دارد و تخت است. می توانید یک یونیورس تخت مانند یک ورق کاغذ را تصور کنید که بی نهایت در همه جهات امتداد دارد. یونیورس با چگالی بیشتر از چگالی بحرانی دارای انحنای مثبت است و یک یونیورس بسته ایجاد می کند که می توان آن را مانند سطح یک کره تصور کرد. و اگر چگالی کیهان کمتر از چگالی بحرانی باشد، یونیورس باز است و مانند سطح زین انحنای منفی  دارد .

اندازه‌گیری‌های کاوشگر ناهمسانگرد مایکروویو ویلکینسون (WMAP) نشان داده است که یونیورس قابل مشاهده چگالی بسیار نزدیک به چگالی بحرانی (در محدوده خطای 0.4٪) دارد. البته، یونیورس قابل مشاهده ممکن است چندین مرتبه کوچکتر از کل یونیورس باشد. اما بخشی از آن که می‌توانیم مشاهده کنیم، به نظر می‌رسد نسبتاً تخت یا دارای مقدار اندکی انحنای مثبت است.‌‌

فضای Anti-de Sitter (AdS) نوعی آبجکت ریاضی مورد علاقه در فیزیک است، به ویژه به این دلیل که می تواند بستر ساز یک تئوری فیزیکی باشد که  یک تئوری دوالیته از تئوری میدان کانفورمال CFT است، این دوالیتی به نام correspondence AdS/CFT نامیده می شود.

فضای آنتی دی سیتر AdS نوع خاصی از منیفولد است، نوعی آبجکت ریاضی ( که با مجموعه‌ای از بدیهیات تعریف می‌شود) که برخی از ویژگی‌های خاص فضا را همانطور که ما تصور می‌کنیم، به اشتراک می‌گذارد، که به آن فضای اقلیدسی نیز می‌گویند. از جمله ویژگی‌های تعیین‌کننده اضافی AdS، انحنای منفی یکنواخت است، و یونیورسی ست که از اصول نسبیت عام پیروی می‌کند، با این تفاوت که این فضای AdS فاقد جرم باشد. (از این نظر خالی است). در دیگر تشابهات ، مشابه با فضای De Sitter  است به جز آنکه فضای دی سیتر  انحنای مثبت یکنواختی را شامل می شود. فضای دوبعدی دی سیتر یک کره است و جهان دی سیتر از یک فضای دسیتر با چهار بعد تشکیل شده است. مفهوم AdS در نسبیت عام فراتر از برخی اکتشافات نظری، چندان مورد توجه نیست، اما دوالیتی آن با تئوری میدان کانفورمال جالب توجه است، زیرا برخی از نظریه‌های کوانتومی را می‌توان با استفاده از دو رویکرد مختلف ریاضی، ارائه دو روش برای حل مسائل، بیشتر مورد توجه قرار داد.


🆔 @phys_Q

تصویر: یونیورس بسته (بالا)، باز (وسط) و تخت (پایین).

‍ 💢اگر یونیورس یک هولوگرام باشد، احتمالا به زودی به یک سیاهچاله زل خواهیم زد
قسمت نخست


نظریه‌ای به نام دوگانگی هولوگرافیک می‌تواند ما را به عمیق‌ترین و تاریک‌ترین حفره‌های یونیورس هدایت کند.‌‌

اگر در یک سیاهچاله افتادید، ممکن است سفر شما چیزی شبیه به گزینه های زیر باشد.

اول، شما به افق رویداد پرملات و قرمز پرتگاه خیره می شوید. فراتر از این مانع، نور هم توان گریز ندارد . وقتی نزدیک تر می شوید، بدن شما مانند آدامس دراز می شود تا جایی که مانند اسپاگتی در خلاء شود. اگر هنوز در این مرحله هوشیار هستید، باید به ورودی نگاه کنید و یک یونیورس تاب خورده را تماشا کنید که هر ثانیه کوچکتر می شود. این دیگر جهان شما نخواهد بود. سیاهچاله خواهد بود.
با این حال، به احتمال زیاد، به سرعت تکه تکه می شوید.‌‌

به دلیل این فاجعه هولناک، ما احتمالا هرگز شواهد دست اولی از آنچه در این معمّای کیهانی نهفته است در نخواهیم یافت. اما در مقاله‌ جدید مجله PRX Quantum ، دانشمندان در حال کار به سمت بهترین توضیحات  بعدی هستند. آنها الگوریتم های محاسباتی را برای کمک به حل یک تئوری دیوانه کننده در فیزیک به نام "دوگانگی هولوگرافیک" یا Holographic duality توسعه دادند.
به طور خلاصه، دوگانگی هولوگرافیک نشان می‌دهد که جهان سه‌بعدی، مانند فضای درون سیاه‌چاله‌ها، از نظر ریاضی مانند  ذرات و میدان‌های مغناطیسی به جهان دوبعدی متصل است. اساساً تار و پود فضا-زمان را به عنوان یک هولوگرام سه بعدی "تولید شده" projected از شبکه های دوبعدی نشان می دهد.‌‌

🔻تصویری از سیاهچاله‌، منطقه قرمز بالای آن در واقع بالای پرتگاه نیست. [تصویر] طرف دیگر است، اما به دلیل تاب برداشتن فضازمان، به نظر می رسد که به سمت ما "تا شده" است.
-جرمی اشنیتمن/ناسا


🆔 @phys_Q

‍ 💢اگر یونیورس یک هولوگرام باشد، احتمالا به زودی به یک سیاهچاله زل خواهیم زد
قسمت دوم

میدانم به چه چیزی فکر میکنید ! خیر ، این مانند هولدک در جنگ ستارگان نیست. بر خلاف هولوگرام های فیلم های علمی تخیلی کلاسیک که توسط نور از صفحه نمایش ایجاد می شوند ، دوگانگی هولوگرافیک توسط ریاضیات محض کنترل می شود.

انریکو رینالدی، نویسنده اصلی، دانشمند پژوهشی در دانشگاه میشیگان، مستقر در  مرکز رایکن برای محاسبات کوانتومی و آزمایشگاه فیزیک کوانتومی نظری- توکیو، می‌گوید:

"از نظر ریاضیات ، هنوز به طور رسمی ثابت نشده است، اما ما شواهد زیادی در دست داریم که این دوگانگی واقعاً کار می‌کند. "

اگر دوگانگی هولوگرافیک واقعا یونیورس را کنترل  کند، دانشمندان برای گرفتن عکس از سیاهچاله مجبور نیستند  به داخل آن بروند .
در عوض، آن‌ها می‌توانند فضای خوش رفتار دوبعدی پیرامون این هیولا را مطالعه کنند ، سپس ساختار سه‌بعدی که در داخل لانه کمین‌کرده است را برون یابی کنید.

  رینالدی می‌گوید: «اغلب اتفاق می‌افتد که  چیزهای دشوار از یک سو ، از سوی دیگر به راحتی محاسبه پذیر باشند. به همین دلیل است که این دوگانگی بسیار مهم و مفید است».

او این ایده را با داشتن یک فرهنگ لغت مقایسه می کند که در آن می توانید یک عبارت را در یک صفحه جستجو کنید و معنای آن را در صفحه دیگر پیدا کنید. ما فقط به نوعی شاخص نیاز داریم تا عبارات فضای دوبعدی را با تعاریف فضای سه بعدی آنها مرتبط سازیم که به نام mathematical connection شناخته می شوند . و این دقیقاً همان چیزی است که الگوریتم های رینالدی آماده انجام آن هستند.

با این حال، قبل از اینکه بتوانیم از آنها برای باز کردن قفل درون یک سیاهچاله استفاده کنیم، چندین مرحله باید انجام دهیم. رینالدی می‌گوید:

"دوگانگی، آنگونه که اکنون مورد بحث قرار گرفته، در فضازمان خاصی اعمال می‌شود که با فضازمان یونیورس ما متفاوت است."

به عبارت دیگر، دوگانگی هولوگرافیک به نوعی دنیای تئوریک محدود می شود که دانشمندان از آن به عنوان جعبه شن استفاده می کنند.‌‌


🆔 @phys_Q

💢 نگاه بنیادین به پارتیکل متحرک در فضا
کیلن دب
قسمت دوازدهم

📌11.برهم کنش گرانشی

ما آن را چنین فرض می‌کنیم که تنها GR را با QFT مرتبط کرده و می‌گوییم که هر دو تا حدی در دامنه های مربوطه خود صحیح هستند، در حالی که یک رابطه علّی بین این دو تئوری وجود دارد. بنابراین QFT از منشا ویژگی های پذیرفته شده - نسبیت عام GR پشتیبانی می کند و هر دو مکمل یکدیگر در ایجاد یک منطق کامل در توضیح گرانش هستند. اصل نسبیت می گوید قوانین فیزیک در همه چارچوب های مرجع لخت یکسان هستند در حالی که مشاهدات و همچنین اندازه گیری ها متفاوت است. در نظریه نسبیت خاص، در غیاب میدان گرانشی خارجی، این تفاوت به دلیل ثابت بودن سرعت نور است. در تئوری نسبیت عام، در حضور میدان گرانشی، این تفاوت به دلیل وابستگی سرعت نور به پتانسیل گرانشی و گسترش تکانه/ جرم/انرژی ، اجرام گرانشی است که باعث انحنای فضا-زمان می شود ، که به دنبال آن ذره جرم داری که ما حرکت آن را مورد مطالعه قرار دادیم ، می آید.

همانطور که جابجایی باعث ایجاد رویدادهای فضا-زمان است ، ذره تحت جابجایی مسیر مختصات فضا-زمان را با مبادله موقعیت خود با رشته ذرات مجازی که توسط جرم-انرژی- تکانه تنظیم شده است دنبال می کند. این موضوع ، آنطور که در نسبیت عام اثبات شده ، یک حرکت لخت در چارچوب مرجع خود خواهد بود، اما از تمام چارچوب های دیگر، مانند یک حرکت شتاب دار مستقل از جرم آن ، مشاهده می شود، که به عنوان حرکت در امتداد یک خط خمیده ژئودزیک در فضا زمان در نظر گرفته می شود.

🔺12. برهمکنش الکترومغناطیسی، قوی و ضعیف

ذراتی که بار الکتریکی و پتانسیل مغناطیسی دارند فوتون هایی تولید خواهند کرد و به علت شباهت برهمکنش ها ، شبیه به ذرات جرم داری- massive particles هستند که سازنده میدان الکترومغناطیس اند . این نظریه به طور گسترده و مورد مطالعه قرار داده شده است اما در حال حاضر مفروض در نظر می گیریم.

علاوه بر این، QFT مشاهدات تجربی برهمکنش های الکترومغناطیسی را به طور کامل محاسبه پذیر می سازد. در یک مقایسه، هر دو برهمکنش قوی و ضعیف توسط مبادله ذرات میانجی مربوطه تأثیر می‌گذارند، همان گونه که توسط نظریه‌های مربوطه در تئوری میدان کوانتومی QFT بر آن تأکید شده است.


💢@HIGGS_FIELD

رنگین کمان ها در واقع دایره های کاملی هستند که معمولاً از نقاط بالاتر مانند هواپیماها یا ساختمان های بلند قابل مشاهده هستند.

تصویر از فابریسیو ماسیل

💢@higgs_field

‍ ‍ 💢اگر یونیورس یک هولوگرام باشد، احتمالا به زودی به یک سیاهچاله زل خواهیم زد
قسمت سوم

در نظر بگیرید یک ترامپولین دارید و یک توپ فوتبال را داخل آن می اندازید. بسته به محل نشستن توپ، سطح صاف به سمت داخل تغییر شکل می دهد. حالا یک گوی کوچک به صحنه اضافه کنید. در امتداد انحنای ترامپولین می افتد و در کنار توپ فوتبال لانه می کند.

در این آنالوژی، گویچه شما هستید، توپ فوتبال زمین و ترامپولین تار و پود ناملموس فضا و زمان -فضازمان است . بر اساس نسبیت عام، گرانش همان «انحنا curve» است که تا زمان برخورد با سطح زمین ، در امتداد آن قرار می‌گیریم.

در یونیورس ما - که به گفته کارشناسان، به عنوان یونیورس "دی سیتر" شناخته می شود - انحنای فضازمان مثبت است (قبلا درین باره محتوا گذاشتیم). این یک مشکل است. رینالدی توضیح می‌دهد که یک مدل مثبت برای معادلات ریاضی عالی نیست، به خصوص وقتی صحبت از معادلات ultra-high dimensional باشد. اما یک راه حل آسان وجود دارد. دانشمندان به سادگی پارامتر ها را در یک یونیورس تئوریکال با انحنای منفی محاسبه می کنند: یونیورس آنتی دی سیتر AdS. سپس آنها نتایج خود را به قلمرو ما CFT ترجمه می کنند.

تئوری ریسمان که در اواخر دهه 60 متولد شد ، بیان می کند که اگر اتم‌ها، بلوک‌های سازنده یونیورس ما را به ذرات بنیادی تجزیه کنید، سپس آن‌ها را به دانه‌های کوچک‌تر تبدیل کنید، و به همین ترتیب...، در نهایت به «رشته‌های ارتعاشی» بی‌نهایت کوچک خواهید رسید.
احتمالاً این رشته‌ها همه آنچه را که می‌دانیم تشکیل می‌دهند: ذرات، میدان‌ها، فضازمان.

اگر تئوری ریسمان درست باشد، حتی من و شما نیز از تکه‌های جنبنده تشکیل شده‌ایم. به همین دلیل است که این مفهوم بسیار مهم است. احتمالا نزدیک‌ترین بینش که به تئوری همه چیز everything داشته ایم نیز همین تئوری ریسمان باشد . با این حال، از طرف دیگر، برخی از فیزیکدانان نظریه ریسمان را بن بست می دانند زیرا هنوز شواهد مشخصی برای فرضیه های آن پیدا نکرده ایم.

اما صرف نظر از این، نظریه ریسمان به معادلات 11 بعدی غیرقابل درک نیاز دارد - احتمالا حدس زده باشید، این بدان معناست که یونیورس ما منشا آنتی دی سیتر دارد. و به گفته رینالدی، دوگانگی هولوگرافیک بر نظریه ریسمان تکیه دارد. بنابراین، تئوری ریسمان بعنوان منشا یونیورس ، از فضای آنتی دی سیتر نشات گرفته است .
رینالدی می‌گوید: «سیاهچاله‌هایی که اکنون می‌توانیم با این دوگانگی بررسی کنیم، سیاهچاله های واقعی نیستند . بلکه این سیاهچاله‌ها نوعی زمین بازی ریاضی هستند که می‌توانیم از آن برای فرمول‌بندی این دوگانگی و آزمایش آن استفاده کنیم.»

به زبان ساده: در این یونیورس از نظر ریاضی ایده آل، رینالدی سیاهچاله های تئوریک را برای درک دوگانگی هولوگرافیک مطالعه می کند. این مانند انجام یک بازی تمرینی قبل از شروع بازی واقعی در سطح کیهان ما ست.
با این حال، رسیدن به این سطح، محور کلی این تحقیقات است. رینالدی می‌گوید:

"اگر می‌توانیم این کار را برای آنتی دی سیتر AdS انجام دهیم، پس باید آن را برای دی سیتر dS نیز انجام دهیم.
هدف نهایی هنوز این است که بتوانیم گرانش و سیاهچاله ها را در یک خود توصیف کنیم."‌‌


🆔 @phys_Q

🔻خطوط سبز نشان دهنده تار و پود فضازمان است. درست در مرکز یک سیاهچاله قرار دارد که باعث می‌شود یونیورس همگن مانند قیاس ترامپولین به سمت داخل انحنا بردارد.
NASA/ESA/A. Feild و L. Hustak (STScI)