量子纠缠与时空
爱因斯坦的广义相对论建立了物质分布和时空结构的具体关系,革新了人们的时空观念。约翰惠勒的一句经典名言可以概括广义相对论的内涵:“即物质决定时空如何弯曲,时空决定物质如何运动。” 广义相对论取得了巨大的成功,其两大重要预言,黑洞和引力波,已经被实验观测所发现。
然而广义相对论依然是一个经典理论,在广义相对论和量子理论融合的过程中,人们遭遇了巨大的困难。这启发人们思考引力是否是一个更为底层理论的演生现象。AdS/CFT的建立,清晰地阐释了带有负宇宙学常数的引力理论可以完全等价地由其时空边界上的规范场论所描述。近些年,基于AdS/CFT对偶,人们发现量子纠缠在时空的产生及其动力学方面扮演了重要角色。
2006年,两位日本物理学家笠真生和高柳匡提出,边界场论的纠缠熵可以由时空中的极小曲面的面积所描述。这一发现引起了众多关注。
2013年,加拿大物理学家Robert Myers等人,通过这一全息纠缠熵对偶关系,利用边界场论的纠缠动力学(纠缠第一定律),推导出了引力需要满足线性爱因斯坦方程,揭示了爱因斯坦方程和量子纠缠的密切联系。
同样也在2013年,Susskind和Maldacena通过研究发现,边界场论上的量子纠缠,对于时空的连通性起着至关重要的作用。连通不同时空之间的虫洞结构,可以等价地看作它们之间量子纠缠的宏观体现。这一ER=EPR猜想正式开启了利用信息学的手段去研究引力物理的浪潮。
2015年,Ted Jacobson基于纠缠平衡假设推导出了非线性的爱因斯坦方程。
2019年,基于以上全息纠缠熵的研究,人们找出了如何计算霍金辐射精细熵的方法,据此人们发现霍金辐射满足Page曲线,部分地推进了黑洞信息佯谬的解决。
近些年,通过对于量子场论中的算符所满足的代数的仔细研究,人们获得了许多新的启发,例如如何理解引力中的广义熵等。这些基于代数的研究重新塑造了我们对于纠缠及纠缠熵的认识,这一新的认识对于以上关于时空结构演生的问题也必然会带来更深入的理解。