Bilim adamlarının yapmak istediği hesaplamalar o kadar karmaşıktı ki, bunu süper bilgisayarlar bile yapamıyordu.
Kuantum dünyası nasıl çalışır?
Bir bilardo topunun hareketini hesaplayınnispeten basit. Ancak bir geminin içindeki sürekli çarpışan, frenlenen ve yön değiştiren bir milyon gaz parçacığının yörüngesini tahmin etmek çok daha zordur. Her bir parçacığın tam olarak hangi hızda hareket ettiği net değilse, o zaman herhangi bir zamanda sonsuz sayıda olası seçeneğe sahip olurlar. Yalnızca olasılık önemlidir.
Kuantum dünyasında da benzer bir durum mevcut:Kuantum mekaniksel parçacıklar aynı anda potansiyel olarak mümkün olan tüm özelliklere sahip olabilir. Bu, kuantum mekaniksel sistemlerin durum uzayını inanılmaz derecede büyük hale getirir. Kuantum parçacıklarının birbirleriyle etkileşimini modellemek için onların tüm değişken durumlarını hesaba katmak gerekir. Ve bu inanılmaz derecede zor.
Mesele şu ki, bilgi işlem gereksinimleriparçacık sayısı arttıkça üstel olarak artar. 40'tan fazla parçacık alırsanız, en hızlı süper bilgisayarlar bile onlarla baş edemeyecek. Bu kuantum fiziğinin en büyük zorluklarından biridir.
Görev nasıl basitleştirilir?
Yeni çalışmada bilim insanları şunları kullandı:makine öğrenimi alanındaki yöntemler (yapay sinir ağları). Onların yardımıyla kuantum mekaniksel durumu yeniden formüle ederek bilgisayarlar tarafından kontrol edilebilir hale getirmek mümkündür.
Yapay zeka dijital dönüşüm konsepti. Fotoğraf: rawpixel.com
Fizikçiler bu yöntemi kullanarak önemli konuları araştırdılar.Şu ana kadar belirsiz kalan teorik tahminlerden biri kuantum Kibble-Zurek mekanizmasıdır. Kuantum faz geçişi adı verilen süreçte fiziksel sistemlerin dinamik davranışını tanımlar. Faz değişiminin basit bir örneği suyun buza dönüşmesidir. Başka bir örnek, bir mıknatısın yüksek sıcaklıklarda manyetikliğinin giderilmesidir.
Ancak tersini yaparsanız veya tersini yaparsanız,ve malzemeyi soğutun, mıknatıs belirli bir kritik sıcaklığın altında tekrar "çalışmaya" başlayacaktır. Ancak bu durum malzemenin tamamında eşit olmayan bir şekilde meydana gelir. Bunun yerine, kuzey ve güney kutupları farklı şekilde hizalanmış birçok küçük mıknatıs aynı anda oluşturulur. Sonuç olarak ortaya çıkan mıknatıs aslında birçok farklı küçük mıknatıstan oluşan bir mozaiktir. Ayrıca kusurlu olacaktır.
Daha önce başka bir araştırmada bilim insanları bunu doğrulamıştıNematik sıvı kristal sisteminde kusur oluşumu için Kibble-Zurek ölçeklendirmesi. Burada homojen bir durumdan kusurlu bir duruma geçiş, bir elektrik alanı kullanılarak sağlandı. Ölçek indeksi α=1/2 çeşitli malzemeler için elde edilmiştir ve sıcaklığa bağlı değildir.
Kaynak: https://doi.org/10.1002/cphc.201700023
Kibble Mekanizması—Zurek adını almıştırTom V. B. Erken Evren'de alan yapısı oluşumu araştırmalarında öncü olan Kibble ve yaratılan kusurların sayısını geçişin kritik parametreleriyle ve hızıyla ilişkilendiren Wojciech H. Zurek.
Kibble-Zurek mekanizması ne kadar olacağını tahmin ediyorBu kusurların çoğu beklenen bir durumdur. Basitçe söylemek gerekirse, malzeme sonuçta kaç tane mini mıknatıstan oluşacak? Bu kusurların sayısının evrensel olması ve dolayısıyla mikroskobik ayrıntılara bağlı olmaması dikkat çekicidir. Bu, mikroskobik bileşimleri tamamen farklı olsa bile birçok farklı malzemenin tamamen aynı şekilde davrandığı anlamına gelir.
Kibble-Zurek mekanizması ve Büyük Patlama'dan sonra galaksilerin oluşumu
Başlangıçta Kibble-Zurek mekanizması tanıtıldıEvrendeki yapının oluşumunu açıklamak. Büyük Patlama'dan sonra başlangıçta tamamen homojendi, bu da içerdiği tüm maddenin eşit şekilde dağıldığı anlamına geliyordu. Uzun bir süre bu kadar homojen bir durumdan galaksilerin, yıldızların veya gezegenlerin nasıl oluştuğu belli değildi.
Bu bağlamda Kibble-Zurek mekanizmasıne olduğunu anlamanıza yardımcı olur. Evren soğudukça kusurlar mıknatıs gibi gelişti. Ve eğer makroskobik dünyadaki bu süreçler iyi incelenirse, henüz test edilmemiş bir tür faz geçişi vardır. Özellikle kuantum faz geçişlerinden bahsediyoruz.
Evren genişletme, 3D işleme. Fotoğraf: angel_nt
Sorun şu ki, bunlar yalnızcamutlak sıfır sıcaklığı: −273 °C. Bu, faz geçişinin soğutma sırasında değil, etkileşim enerjisindeki bir değişiklik nedeniyle meydana geldiği anlamına gelir. Örneğin basınç değiştiğinde.”
Bilim adamları ne yaptı?
Yeni bir çalışmada bilim insanları modellendibir süper bilgisayarda böyle bir kuantum faz geçişi (yapay sinir ağlarının yardımıyla). Böylece Evrenin doğuşunu açıklayan Kibble-Zurek mekanizmasının kuantum dünyasında da geçerli olduğunu ilk kez göstermiş oldular. Çalışma yazarlarının belirttiği gibi bu bulgu "açık değildi." Bunları kanıtlamak çok çaba gerektirdi. Yeni araştırma, fizikçilerin birçok parçacığın kuantum mekaniksel sistemlerinin dinamiklerini daha iyi tanımlamasına olanak tanıyacak. Ve bu egzotik dünyayı yöneten kuralları daha doğru anlamak için.
Daha fazla oku:
Dünyanın "arka bahçesinde" bir canavar kara delik bulundu: gezegenimize çok yakın
NASA, güneş sistemindeki en gizemli gezegen olan Haumea'nın kökenini açıkladı
Webb, Yaratılış Sütunlarını fotoğrafladı. Hubble'ın onları daha önce nasıl vurduğunu karşılaştırın
Kapakta: NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi Kavramsal Görüntü Laboratuvarı