Ideen om “Teorien om alt” er lokkende - at vi på en eller annen måte kan forklare alt det som er. Men nå oppdaget et forskerteam ledet av forskere fra Imperial College London uventet at den strengteorien også ser ut til å predikere oppførselen til sammenfiltrede kvantepartikler. Ettersom denne prediksjonen kan testes på laboratoriet, sier forskerne at de nå kan teste strengteori.
"Hvis eksperimenter viser at prediksjonene våre om kvanteforviklinger er riktige, vil dette demonstrere at strengteori 'fungerer' for å forutsi oppførselen til sammenfiltrede kvantesystemer," sa professor Mike Duff, hovedforfatter av studien.
Strengteori ble opprinnelig utviklet for å beskrive de grunnleggende partiklene og kreftene som utgjør universet vårt, og har vært en favorittkonkurranse blant fysikere for å la oss forene det vi vet om det utrolig små fra partikkelfysikk med vår forståelse av det veldig store fra våre studier av kosmologi. Å bruke teorien for å forutsi hvordan sammenfiltrede kvantepartikler oppfører seg gir den første muligheten til å teste strengteori etter eksperiment.
Men - i det minste for nå - vil ikke forskerne kunne bekrefte at strengteori faktisk er måten å forklare alt det er, bare hvis det faktisk fungerer.
"Dette vil ikke være et bevis på at strengteori er den rette" teorien om alt "som kosmologer og partikkelfysikere etterspør," sa Duff. "Imidlertid vil det være veldig viktig for teoretikere, fordi det vil demonstrere om strengteori fungerer eller ikke, selv om bruken er i et uventet og ikke relatert fysikkområde."
Stringteori er en teori om tyngdekraft, en utvidelse av General Relativity, og den klassiske tolkningen av strenger og braner er at de er kvantemekanisk vibrerende, utvidede ladede sorte hull. Teorien antar at elektronene og kvarkene i et atom ikke er 0- dimensjonsobjekter, men 1-dimensjonale strenger. Disse strengene kan bevege seg og vibrere, noe som gir de observerte partiklene deres smak, ladning, masse og spinn. Strengene lager lukkede løkker med mindre de møter overflater, kalt D-braner, hvor de kan åpne seg opp i 1-dimensjonale linjer. Endepunktene til strengen kan ikke bryte av D-brane, men de kan gli rundt på den.
Duff sa at han satt på en konferanse i Tasmania der en kollega presenterte de matematiske formlene som beskriver kvanteforviklinger da han innså noe. ”Jeg kjente plutselig igjen formlene hans som lignende de jeg hadde utviklet noen år tidligere, mens jeg brukte strengteori for å beskrive sorte hull. Da jeg kom tilbake til Storbritannia, sjekket jeg notatbøkene mine og bekreftet at matematikken fra disse veldig forskjellige områdene faktisk var identisk. ”
Duff og kollegene innså at den matematiske beskrivelsen av mønsteret av sammenfiltring mellom tre qubits ligner den matematiske beskrivelsen, i strengteori, for en bestemt klasse av sorte hull. Ved å kombinere kunnskapen om to av de merkeligste fenomenene i universet, svarte hull og kvanteforvikling, innså de at de kunne bruke strengteori for å produsere en prediksjon som kunne testes. Ved hjelp av strengteori-matematikken som beskriver sorte hull, spådde de mønsteret av sammenfiltring som vil oppstå når fire kvbiter er sammenfiltret med hverandre. (Svaret på dette problemet er ikke blitt beregnet før.) Selv om det teknisk er vanskelig å gjøre, kan mønsteret av sammenfiltring mellom fire sammenfiltrede kvbiter måles i laboratoriet og nøyaktigheten til denne prediksjonen testet.
Oppdagelsen av at strengteori ser ut til å gi forutsigelser om kvanteforviklinger er helt uventet, men fordi kvanteforviklinger kan måles i laboratoriet, betyr det at det er måte - endelig - forskere kan teste prediksjoner basert på strengteori.
Men, sa Duff, det er ingen åpenbar sammenheng å forklare hvorfor en teori som utvikles for å beskrive de grunnleggende funksjonene i vårt univers er nyttig for å forutsi oppførselen til sammenfiltrede kvantesystemer. "Dette kan fortelle oss noe veldig dypt om verden vi lever i, eller det kan være mer enn et sært tilfeldighet," sa Duff. "Uansett er det nyttig."
Kilde: Imperial College London
