Идеята на „Теорията на всичко” е примамлива – че можем по някакъв начин да обясним всичко, което е. Теорията на струните се предлага от 60-те години на миналия век като начин за съвместяване на квантовата механика и общата теория на относителността в такова обяснение. Въпреки това, най-голямата критика към теорията на струните е, че тя не подлежи на проверка. Но сега изследователски екип, ръководен от учени от Imperial College London, неочаквано откри, че тази теория на струните също изглежда предсказва поведението на заплетените квантови частици. Тъй като тази прогноза може да бъде тествана в лаборатория, изследователите казват, че вече могат да тестват теорията на струните.
„Ако експериментите докажат, че нашите прогнози за квантовото заплитане са правилни, това ще покаже, че теорията на струните „работи“ за предсказване на поведението на заплетените квантови системи“, каза професор Майк Дъф, водещ автор на изследването.
Теорията на струните първоначално е разработена, за да опише фундаменталните частици и сили, които изграждат нашата вселена, и е бил любим претендент сред физиците, за да ни позволи да съгласуваме това, което знаем за невероятно малкото от физиката на елементарните частици с нашето разбиране за много голямото от нашите изследвания по космология. Използването на теорията за прогнозиране как се държат заплетените квантови частици предоставя първата възможност за тестване на теорията на струните чрез експеримент.
Но – поне засега – учените няма да могат да потвърдят, че теорията на струните всъщност е начинът да се обясни всичко, което е, само ако наистина работи.
„Това няма да е доказателство, че теорията на струните е правилната „теория на всичко“, която се търси от космолозите и физиците на елементарните частици“, каза Дъф. „Това обаче ще бъде много важно за теоретиците, защото ще демонстрира дали теорията на струните работи или не, дори ако приложението й е в неочаквана и несвързана област на физиката.
Теорията на струните е теория на гравитацията, продължение на общата теория на относителността, а класическата интерпретация на струните и браните е, че те са квантово механични вибриращи, разширени заредени черни дупки. Теорията предполага, че електроните и кварките в атома не са 0- размерни обекти, но едномерни низове. Тези струни могат да се движат и вибрират, придавайки на наблюдаваните частици техния вкус, заряд, маса и въртене. Струните правят затворени контури, освен ако не срещнат повърхности, наречени D-брани, където могат да се отворят в едномерни линии. Крайните точки на низа не могат да откъснат D-брана, но могат да се плъзгат по него.
Дъф каза, че е седял на конференция в Тасмания, където негов колега представял математическите формули, които описват квантовото заплитане, когато осъзнал нещо. „Изведнъж разпознах формулите му като подобни на някои, които разработих няколко години по-рано, докато използвах теорията на струните за описване на черни дупки. Когато се върнах в Обединеното кралство, проверих тетрадките си и потвърдих, че математиката от тези много различни области наистина е идентична.
Дъф и колегите му разбраха, че математическото описание на модела на заплитане между три кубита наподобява математическото описание в теорията на струните на определен клас черни дупки. Така, комбинирайки знанията си за две от най-странните явления във Вселената, черните дупки и квантовото заплитане, те разбраха, че могат да използват теорията на струните, за да направят прогноза, която може да бъде тествана. Използвайки математиката на теорията на струните, която описва черните дупки, те прогнозираха модела на заплитане, което ще се случи, когато четири кубита се заплитат един с друг. (Отговорът на този проблем не е бил изчислен преди.) Въпреки че е технически трудно изпълнимо, моделът на заплитане между четири заплетени кубита може да бъде измерен в лаборатория и точността на това предсказание да бъде тествана.
Откритието, че теорията на струните изглежда прави прогнози за квантовото заплитане, е напълно неочаквано, но тъй като квантовото заплитане може да бъде измерено в лабораторията, това означава, че има начин – накрая – изследователите да тестват прогнози, базирани на теорията на струните.
Но, каза Дъф, няма очевидна връзка, която да обясни защо теория, която се разработва, за да опише фундаменталното функциониране на нашата вселена, е полезна за прогнозиране на поведението на заплетените квантови системи. „Това може да ни казва нещо много дълбоко за света, в който живеем, или може да е не повече от странно съвпадение“, каза Дъф. — Така или иначе е полезно.
Източник: Имперски колеж в Лондон
