«ماتریکس» یک داستان از دو جهان است: یک جهان مادی واقعی و یک جهان اطلاعات مجازی (درون کامپیوتر ها). جهان مادی واقعی توسط ذرات بنیادی شکل گرفته است. جهان اطلاعات مجازی توسط بیت ها شکل گرفته است. (از نظر من) در حقیقت، جهان مادی حقیقی، واقعی نیست، بلکه جهان اطلاعات مجازی بیشتر واقعی است. جهان مادی و جهان اطلاعات در واقع یک جهان هستند.

 Xiao-Gang Wen

اگر دقیق تر شویم، جهان ما یک جهان اطلاعات کوانتومی است:

فضا: مجموعه از تعداد خیلی زیادی کیوبیت

خلاء: حالت پایه کیوبیت ها

ذرات بنیادی: مجموعه ای از برانگیختگی های کیوبیت ها

به عبارت دیگر، تمام ماده از برانگیختگی های کیوبیت ها شکل گرفته است.

ما در یک جهان کیوبیتی زندگی می کنیم.

یکی شدن اطلاعات و ماده

مردم برای مدت زیادی در مورد منشاء نور، الکترون و گرانش کنجکاو بودند. چنین کنجکاوی توسط فیزیکدانان نظری در صد سال اخیر توسعه یافته است. در شاخه دیگر، فیزیک ماده چگال مدرن، فیزیکدانان به دنبال پیدا کردن انواع جدیدی از مواد بوده اند تا بتوانند این مواد جدید را برای ساخت دستگاه های جدید به کار گیرند. به نظر می رسد این دو شاخه به نظر غیر مرتبط و خوش منظر دارای یک ارتباط عمیق هستند.

در روز های اولیه فیزیک ذرات، رویکرد ما تحت سلطه روش تقلیل گرا بود: برای کسب درکی عمیق از بعضی چیز ها، ما به سادگی نیاز داشتیم که چیز ها را به قسمت های کوچکتر تقسیم کنیم. بنابراین برای کسب درکی عمیق از فوتون ها و الکترون ها، ما نیز داریم که قسمت های کوچیکتری از فوتون ها الکترون ها پیدا کنیم. خواص متفاوت یک فوتون و الکترون ممکن است ناشی از ساختار داخلی متفاوت آنها باشد.

با این حال این حطر تفکر ممکن است از اساس اشتباه باشد. این ها مبتنی بر باور کاهش پذیر بودن است که فضا خالی است و چیزهایی که در فضای خالی قرار میگیرند قابل تقسیم هستند. اگر چه، مثال های زیادی در فیزیک ماده چگال وجود دارد که نشان می دهد این خط فکری بعضی وقت ها جواب نمی دهد. برای مثال، با توجه به دوگانگی موج-ذره در مکانیک کوانتومی، امواج صوتی در یک جامد به یک نوع ذرات به نام فونون مربوط هستند. فونون ها به همان اندازه دیگر ذرات بنیادی دیگر ذره گونه هستند. اما اگر از نزدیک به فونون ها نگاه کنیم، ما نمی توانیم قسمت های کوچیک تر از فونون ببینیم. ما اتم هایی را میبینیم که جامد را شکل داده اند. فونون ها از آن اتم های ساخته نشده اند، فونون ها یک حرکت جمعی ساده از آن اتم ها هستند. ما میبینیم که فونون ها را نمی توان با تقسیم آنها به قسمت های کوجکتر درک کرد و روش تقلیل پذیری اینجا کار نمی کند.

اینها به این منجر می شود که اگر تمام این سال ها ما با اصل کاهش پذیری گمراه شده باشیم چه؟ این ممکن است مارا به این سمت هدایت کند که فوتون ها، الکترون ها، گراویتون ها و … ممکن است اجزاء کوجکتر نداشته باشند. نگاه به اجزاء کوچکتر فوتون ها، الکترون ها و گراویتون ها برای کسب درک عمیق از آن ذرات بنیادی ممکن است روش صحیح نباشد.

به سبب این ملاحضات، در اینجا من یک دید متفاوت از ذرات بنیادی مبتی بر اصل پیدایش مطرح می کنم. در این روش، ما فضای خالی را به عنوان یک ماده دینامیکی که توسط درجات آزادی کوانتومی میبینیم که اگر این درجات وجود نداشتند فضا وجود نداشت. ساده ترین درجات آزادی موضعی در نظریه کوانتومی کیوبیت ها هستند. بنابراین در این دیدگاه، فضا=مجموعه ای از کیوبیت ها. در فیزیک ماده چگال، یک مجموعه از کیوبیت ها سیستم های شبکه اسپینی نامیده می شوند. در اینجا، ما از همان اصطلاحات ماده چگالی استفاده می کنیم و فضا را به عنوان یک سیستم کیوبیتی یا یک سیستم اسپینی می بینیم. تغییر شکل این ماده (به عنوان مثال بازآرایش یا حرکت جمعی کیوبیت ها/اسپین ها) موج هایی هستند که در مکانیک کوانتومی به ذرات مختلفی اشاره دارند. بنابراین در روش پیدایش، ما ممکن است منشأ ذرات مختلف را از طریق منشأ موج های مختلف متوجه شویم. نظم های متفاوت بوزون ها/اسپین ها به انواع مختلف امواج منجر می شود که می تواند منجر به انواع مختلف ذره شود.

در شاخه فیزیک ماده چگال، ما اخیرا متوجه شده ایم که یک کلاس جدید از حلت های کوانتومی کیوبیت ها — حالت های در هم تنیده دوربرد — می توانند وجود داشته باشند. به طور شگفت انگیزی، برانگیختگی های موج گونه جمعی در بعضی از آن حالت های به شدت درهم تنیده کوانتومی می تواند معادلات دیراک و ماکسول را ارضا کند، با این وجود سیستم های کیوبیت اصلی هیچ میدان پیمانه یا گراسمانی ندارند. بنابراین، این حالت های درهم تنیده دور برد long sought-after ether هستند (یک ماده که یک موج که معادلات ماکسول را ارضاء می کند ساپورت می کند.). این نشان می دهد که ما می توانیم خلاء را به عنوان یک حالت در هم تنیده دوربرد و ذرات را به عنوان یک برانگیختگی از همچنین حالت درهم تنیده دوربردی ببینیم. این دیدگاه ممکن است یک یکی شدن و یک منشأ برای همه ذرات بنیادی فراهم آورد.

 ممکن است ما تلاش کنیم تا این دید درهم تنیدگی دور برد را برای درک بسیاری از موضوعات اساسی در فیزیک نظری به کار ببریم. به نظر می رسد ممکن است که درهم تنیدگی بلند برد می تواند بسیاری از عجایب/راز های بنیادی را متحد کند، به طوری که به کلی دید ما را نسبت به جهان تغییر دهد. مردم ممکن است در هم تنیدگی را از دید محاسبات کوانتومی یا ماده کوانتومی مطالعه کنند. اما درهم تنیدگی ممکن است پیامد های بینیادی زیادی در فزیک ذرات نیز داشته باشد.

ما نشان دادیم که نور و الکترون ها می توانند یک منشأ یکسان (متحد) از کیوبیت ها داشته باشند که تمام فضا را شکل داده اند، به شرطی که آن کیوبیت ها در یک حالت درهم تنیده بلند برد خاص باشند( حالت مایع ریسمان-شبکه). بنابراین، این تصویر پیدایش مبتنی بر درهم تنیدگی بلند برد می تواند منشأ بر همکنش های پیمانه ای (مانند برهم کنش های الکترومغناطیس)و آمار فرمی را توضیح دهد  و  این دو پدیده به ظاهر غیر مرتبط را یکی کند.

• سوال: نور و فرمیون ها از کجا ناشی می شوند؟
• پاسخ: نور و فرمیون ها از کیوبیت ها ناشی می شوند که فضا را شکل داده اند.
• سوال: چرا نور و فرمیون ها وجود دارند؟
• پاسخ: نور و فرمیون ها به این دلیل وجود دارند که کیوبیت های شکل دهنده فضا یک حالت چگال ریسمان-شبکه شکل می دهند.
• سوال: نور و فرمیون ها چه هستند؟
• پاسخ: امواج نوری یک حرکت جمعی از ریسمان ها هستند و فرمیون ها انتهای ریسمان ها در حالت چگال ریسمان-شبکه هستند.

تصویر اصلی این است:

1- فضا = یک مجموعه از کیوبیت ها. نبود کیوبیت مساوی با نبود فضا. هیچ چیز بین کیوبیت ها نیست.

2- خلاء حالت پایه کیوبیت ها (به عنوان مثال یک الگوی مشخص از درهم تنیدگی کیوبیت ها)

3- حرکت کیوبیت ها (مانند تغییر شکل الگوی درهم تنیدگی) = موج ها

4- برای حالت پایه صحیح ( یا برای یک الگوی صحیح از در هم تنیدگی)، موج رخ می دهد تا معادلات ماکسول ارضا شوند و به موج الکترومغناطیس اشاره دارد. برای شکل گرفتن الگوی صحیح درهم تنیدگی کیوبیت ها ابتدا ریسمان-شبکه تشکیل می دهند و ریسمان-شبکه ها یک مایع کوانتومی شکل می دهند. موجی که معادلات ماکسول را ارضا می کند یک موج چگالی ریسمان است.

5- کوانتوم امواج الکترومغناطیسی فوتون ها هستند.

6- الکترون ها انتهای ریسمان ها هستند.

اگر نور والکترون ها بتوانند توسط کیوبیت هایی که فضای ما را شکل می دهند یکی شوند آنگاه آیا ما می توانیم همه چیز را تحت کیوبیت ها یکی کنیم، حتی تمام هشت شگفتی در جهانمان را؟

هشت شگفتی در جهان ما

1- موضعیت

2- ذرات یکسان

3- برهمکنش های پیمانه ای

4- آمار فرمی

5- فرمیون های کایرال

6- جرم کوچک فرمیون ها. (خیلی کمتر از جرم پلانک)

7- ناوردایی لورنتس

8- گرانش

تا کنون ما می توانیم هفت تا از این هشت شگفتی را توسط کیوبیت ها به ریسمان-شبکه یکی کنیم.

نظریه فیزیکی سنتی درباره جهان ما ( مدل استاندارد (U(1)xSU(2)xSU(3 ) مبتنی بر این هشت شگفتی تصادفی و پیچیده است. ما فقط این هشت حقیقت را در تئوری خود به صورت دستی وارد می کنیم و نمی پرسیم آنها از کجا می آیند. اگر ما فرض کنیم فضا اتری است که از کیوبیت ساخته شده است، آنگا می توانیم این هفت فرض تصادفی را به یک فرض منطقی و خیلی ساده یکی کنیم.

کیوبیت ها همه چیز را متحد می کنند

این خط فکری یک یکی شدن ماده، برهمکنش و اطلاعات است!

در واقع، نظریه کوانتومی در حال حاضر ماده و اطلاعات را یکی می کند.

این به این دلیل است که با توجه به نظریه کوانتومی و نظریه نسبیت داریم:

تغییر اطلاعات (کیوبیت ها) -> انرژی -> جرم -> ماده

برای درک رابطه های فوق در نظر داریم که:

    – فرکانس ~ یک ویژگی از اطلاعات

    – انرژی/جرم ~ یک ویژگی از ماده

در نظریه کوانتومی:

    تغییر اطلاعات -> فرکانس

    فرکانس x ثابت پلانک = انرژی

در نسبیت:

   (سرعت نور به توان دو)/انرژی = جرم

بنابراین فرکانس ~ انرژی ~ جرم

اما آیا کیوبیت ها (اطلاعات کوانتومی) حقیقتا می توناد این خواص رمز آلود و شگفت انگیز جهان را یکی کنند؟

1- تمام برهم کنش ها برهم کنش های پیمانه هستند (الکترومغناطیس، برهمکنش ضعیف/قوی).

2- ماده از فرمیون ها (الکترون ها، کوارک ها و …) تشکیل شده است. چه کسی آمار فرمی را در جهان ما قرار داد؟

3- تکانه زاویه ای فرمیون ها کسری است (اسپین-1/2)

جواب مثبت است! اطلاعات حقیقتا می توانند ماده و برهم کنش را یکی کنند. 

در واقع ماده و اطلاعات یکی هستند.

دیدیم که در نظریه ریسمان-شبکه به درات بنیادی، کیوبیت ها چیز های نهایی هستند که جهان مارا ساخته اند. نین رویکرد پیدایشی پیش بینی های ابطال پذیری دارد: مدل استاندارد  (U(1)xSU(2)xSU(3 ناقص است. نظریه صحیح می بایست شامل یک نظریه پیمانه ای گسسته اضافی باشید که منجر به به ریسمان های کیهانی جدید می شود. {نگاه کنید به نظم توپولوژیک: از ماده کوانتومی در هم تنیده بلند برد تا یک یکی شدن نور و الکترون ها (بخش IV D )}

ارجاعات:

1. arXiv:hep-th/0109120 Origin of Light Xiao-Gang Wen

 An origin and unification of light and electrons from qubits was proposed. 

2. arXiv:hep-th/0302201 Quantum order from string-net condensations and origin of light and  massless fermions Xiao-Gang Wen

An origin and unification of photons/gluons and leptons/quarks from qubits was proposed. But the SU(2) gluons couple to left-hand and right-hind fermions equally, while in our world the SU(2) gluons couple to left-hand and right-hind fermions differently. 

3. http://dao.mit.edu/~wen/talks/LightStory.htm

A simple introduction to  origin of light from qubits 

4. arXiv:hep-th/0507118 Quantum ether: photons and electrons from a rotor model Michael Levin, Xiao-Gang Wen

An origin and unification of light and electrons from qubits in more details.

5. The universe is a quantum computer Seth Lloyd

 The universe is a quantum computer is simply another way  to say (抓眼球的表达) quantum theory describes our world.

Spirits flying in a mysterious void.

Magnetic waist, electric head, sparkles fill the dark sky.

Vibrating strings radiate rainbow light.

Spreading nets weave into colorful fabric.

Neither nonbeing nor being, nonbeing gives birth to being.

Both illusive and real, illusive becomes real.

Transforming and regenerating not due to divine power.

Mother of all matter and root of universe.

2005 summer by Xue Wanqin