圖片來源：物理評論信（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.128.170401
在研究復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，科學(xué)家們會(huì)識別出更小的部分，稱為子系統(tǒng)，他們可以理解。通過研究子系統(tǒng)及其之間的相關(guān)性，他們重建了對整體的理解。
這種方法已經(jīng)非常成功地用于解釋現(xiàn)象并開發(fā)基于量子力學(xué)的應(yīng)用 – 在原子尺度或更小的物質(zhì)和能量的物理學(xué)。但它在很大程度上描述了在時(shí)間是絕對的世界中運(yùn)行的系統(tǒng)。
在描述考慮愛因斯坦廣義相對論的場景時(shí)，它不足，其中時(shí)間是相對的，并且與空間緊密地交織成四維時(shí)空。
現(xiàn)在，由物理學(xué)兼職助理教授亞歷山大·史密斯（Alexander Smith）和沙迪·阿里·艾哈邁德（Shadi Ali Ahmad ’22）共同撰寫的一項(xiàng)理論研究提出了一種以與廣義相對論兼容的方式識別子系統(tǒng)和相關(guān)性的新框架。
他們的工作可以應(yīng)用于構(gòu)建時(shí)空的量子描述，史密斯說。長期以來，理論物理學(xué)家一直在努力將量子力學(xué)和廣義相對論結(jié)合到量子引力的統(tǒng)一理論中。在過去的二十年里，試圖最終調(diào)和這些描述宇宙的根本不同的理論的努力一直在進(jìn)步。
新框架于四月份發(fā)表在《物理評論快報(bào)》雜志上，建立在詹姆斯·弗蘭克家族物理學(xué)教授Lorenza Viola及其合作者以前在子系統(tǒng)方面的工作基礎(chǔ)上。
“量子力學(xué)允許與我們對世界的經(jīng)典理解不一致的相關(guān)性，”史密斯說。他說，維奧拉和她的合作者給了我們一種思考這些古怪的量子相關(guān)性的新方法。在他們的框架中，子系統(tǒng)不是將復(fù)合建筑部件粘合在一起形成一個(gè)更大的系統(tǒng)，而是根據(jù)人們可以進(jìn)行的測量類型從復(fù)雜的系統(tǒng)中產(chǎn)生。
史密斯，艾哈邁德和他們的合作者應(yīng)用這個(gè)想法來建立一個(gè)識別子系統(tǒng)的框架，這與相對論是一致的，并發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)的概念不再是客觀的。
“我們對系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)的方式也是相對的。這取決于誰在看它，“史密斯說。雖然他們的方法目前適用于簡單的系統(tǒng)，但作者正在努力推廣該框架。
推動(dòng)對量子引力的新興理解的幾個(gè)理論概念起源于量子信息理論 – 一個(gè)相對較新的領(lǐng)域，研究如何分析和操縱量子系統(tǒng)中的信息?！傲孔有畔⒖茖W(xué)為我們提供了思考量子力學(xué)本身的全新方式，”史密斯說。
來自黎巴嫩貝魯特、主修物理學(xué)和數(shù)學(xué)的艾哈邁德與史密斯和其他研究人員合作，利用量子信息理論研究了許多不同的理論問題。
在之前發(fā)表在《物理評論D》上的工作中，他們是第一個(gè)研究引力波（當(dāng)巨大的天文物體加速到極端水平時(shí)引起的時(shí)空漣漪）如何影響系統(tǒng)之間的糾纏的人。
另一個(gè)發(fā)表在《物理評論A》上的項(xiàng)目解決了如何在量子尺度上定義工作的問題 – 當(dāng)力作用在物體上時(shí)傳遞多少能量的量度 。
史密斯說，艾哈邁德是他遇到的最有動(dòng)力學(xué)習(xí)，勤奮和富有成效的學(xué)生之一?！翱吹缴车显谶^去四年中發(fā)展了他在理論物理學(xué)方面的能力，這是非常有益的，”他說。
艾哈邁德獲得了2022年加扎尼加家庭科學(xué)獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)旨在表彰即將畢業(yè)的科學(xué)大四學(xué)生的科學(xué)成就。他還是物理學(xué)和天文學(xué)主席獎(jiǎng)的獲得者。
“量子信息理論是我喜歡借用和廣泛使用的工具箱，”艾哈邁德說。他說，獲得本科研究機(jī)會(huì)和資金的承諾是吸引他來到達(dá)特茅斯的原因。艾哈邁德現(xiàn)在是達(dá)特茅斯學(xué)院的研究員，他正在結(jié)束正在進(jìn)行的項(xiàng)目，因?yàn)樗麥?zhǔn)備申請研究生課程。
以課程為跳板，他在物理和數(shù)學(xué)系尋找研究導(dǎo)師，與他們合作開展廣泛的研究課題。
“與人談?wù)摽茖W(xué)塑造了你的思維方式，”艾哈邁德說，他已經(jīng)有了三本出版物?！拔艺J(rèn)為這真的能提高你的興趣。
