ホログラムの中の人生 | 南寧ピーコックプライド株式会社

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ダン・ハーロウは、「ブーメラン」の世界の中で考えることに多くの時間を費やしています。

MIT の物理学者は、現代物理学における最大の疑問の 1 つに対する答えを探しています。それは、私たちの宇宙がどのようにして 2 つの矛盾したルールブックを遵守できるのでしょうか?

1 つ目 — 物理学の標準モデル — は、粒子、場、力に関する量子力学理論であり、それらが相互作用して私たちが住む宇宙を構築する方法です。 2 つ目 — アインシュタインの一般相対性理論 — は、次の影響を説明します。重力と、惑星、銀河、その他の巨大な物体を構築するために、基本的な力がどのように物質を引き寄せるかについて説明します。

どちらの理論も、それぞれのレーンで非常にうまく機能します。しかし、アインシュタインの理論は、重力が量子スケールでどのように機能するかを説明しようとすると破綻しますが、量子力学は巨大な宇宙次元で適用されると現実を曲げる予測を行います。 1世紀以上にわたり、物理学者は2つの理論を統合し、宇宙を動かしているものの真実に到達する方法を模索してきました。

ハーロウは、私たちの既存の宇宙では、どのような接続糸も繊細すぎて把握できないのではないかと考えています。代わりに、彼は「ブーメラン」バージョン、つまり実際の宇宙のように際限なく伸びたり拡大したりするのではなく、ブーメランの軌道のように折り返される別の現実に答えを求めています。このブーメラン宇宙における量子重力は、ホログラフィック双対性と呼ばれる強力なアイデアを使用して、従来の量子理論（重力なし）の観点から再定式化できるため、より理解しやすいことが判明しました。これにより、少なくとも理論の観点からは、考察がはるかに簡単になります。

このブーメラン環境の中で、ハーロウはいくつかの刺激的で予期せぬ新事実を明らかにしました。たとえば、彼は、この「おもちゃ」の宇宙で重力がどのように振る舞うかを説明する方程式が、現実世界の量子コンピューターの構築に間もなく使用されることが期待される量子誤り訂正符号を制御する方程式とまったく同じであることを示しました。重力を記述する数学が量子コンピューターの情報保護に何らかの関係があるということ自体が驚きでした。少なくともこの別の宇宙において、両方の現象が同じ物理学を共有していたという事実は、アインシュタインの理論と現実の宇宙における量子力学との間に潜在的なつながりがあることを示唆しています。

ハーロー氏が 2014 年にプリンストン大学の博士研究員として行ったこの発見は、量子重力理論と量子情報理論の両方の研究において新たな探究のきっかけとなった。 2017 年に MIT と理論物理学センターに入社して以来、ハーロウは、一般相対性理論と量子力学の間の基本的なつながり、そしてそれらがブラックホールと宇宙論の文脈でどのように交差するかを探求し続けてきました。

2022年に終身在職権を取得した准教授のハーロウ氏は、「楽しかったことの1つは、物理学や科学全般で、私たちは皆異なるシステムや実験を研究しているにもかかわらず、アイデアの多くは同じだということだ」と語る。「ですから、私は心を開いて耳を澄まして、物事がどのように関連しているかを探るようにしています。」

「人間主義の哲学」

シンシナティで生まれたハーロウは、子供の頃に家族とともにボストンに移住し、家族が再び移住するまでの数年間をそこで過ごし、シカゴに根を下ろしました。 10歳のとき、彼はピアノのレッスンを始め、最初はクラシック音楽、次にロックに集中しました。中学生の頃、彼はさまざまなバンドでキーボードを演奏し、その後、ジャズのより緩い、より即興的なスタイルに自分のグルーヴを見出しました。

「私は座って人々と遊んで、何が起こるかを見るのが大好きです」とハーロウは言います。

彼のジャズへの愛が、高校卒業後に彼をニューヨーク市に引き寄せた理由の一部であり、そこで彼はコロンビア大学に通いました。偶然にも、市内で最高のジャズクラブのいくつかが近くにありました。学生に古典的な文学や哲学の作品を読むことを要求する大学のコアカリキュラムも魅力的だった。

「『イリアス』を読まずにコロンビア大学を卒業することはできません。そうすることで、話し合える共通のコミュニティが生まれます」とハーロウ氏は言う。私はこの場所を推進するヒューマニストの哲学が気に入りました。たとえ物理学者になることを選んだとしても、私は依然としてこのより幅広い文化的経験を持っているでしょう。」

ハーローはキャンパス内の宇宙論実験室で学部研究助手として 3 年間働き、そこでクリーンルームでの作業とシミュレーションを実行して、宇宙から残留する放射線の微妙な兆候を検出するように設計されたフィルターの性能を向上させることを学びました。ビッグバン。

ハーロウ氏は特に、当時下級教員だった研究室のリーダー、アンバー・ミラー氏の全般的なアプローチを高く評価した。

「彼女は、出版物や短期間で物事を終わらせることにあまり執着せず、グループを運営する素晴らしい方法を持っていました」とハーロウは回想します。「彼女はただ私たちに遊ばせてくれただけなんです。」

未解決の質問

新しいアイデアを探求する精神的な自由は、ハーロウのキャリアを通じてずっと残り続けるでしょう。 2006 年にコロンビアからスタンフォード大学に西に進みました。物理学科内では、理論物理学者で弦理論研究のリーダーであるレナード・サスキンド教授と最も自然に一致することに気づきました。

「問題の本質に集中できるように、重要ではないものを特定して脇に置きたいという彼の強い願望。それが私が心がけていた考え方でもありました」と最終的にサスキンドをアドバイザーに選んだハーロウ氏は語る。。「レニーは、『好きなことに取り組んでください。それについては話します』と言いました。」

このオープンな招待を受けて、ハーロウはサスキンドのグループ内の会話に耳を傾け、この分野での大きな疑問を把握しました。彼が聞いたことは、彼の研究キャリアの残りの部分を形作ることになる問題、つまり、宇宙論の文脈において、量子力学を一般相対性理論とどのように結びつけるか、そして宇宙の大規模な構造と進化についての科学者の理解をどう結びつけるかという問題だった。

答えを求めて、ハーロウは両方の理論で見つけられるすべてのものを読みました。彼の読書は量子情報科学にも影響を与えました。主に、量子力学と情報理論の原理を量子コンピューターの研究と開発に適用することに焦点を当てた分野です。

「私が解決しようとしている問題にとって、あるツールが重要であるというヒントを得るたびに、私はそのツールについて、自分が必要だと考えているものよりもはるかに多くのことを学びます」とハーロウ氏は言います。「多くの場合、その投資は報われます。」

スタンフォード大学での勤務の終わりに、ハーロウは宇宙論からブラックホールへと方向転換する「厳しい方向転換」を決意した。ブラックホールは、量子力学と一般相対性理論を結びつける基本的な糸口を研究するためのより簡単なシステムであると彼は考えた。

2012 年に、彼は東のプリンストンに戻り、3 年間の博士研究員となり、その間、重力ブラックホールの量子的挙動の調査を開始しました。問題を単純化するために、彼は「ブーメラン」宇宙、つまり宇宙の曲率を研究した物理学者にちなんで名付けられた「反ド・ジッター空間」として物理学者が知っている宇宙でそれを行いました。ハーロウは量子情報についてさらに読み進めるうちに、ブラックホールの周囲の重力物理学と、情報を保護するために設計された量子誤り訂正符号とが予期せぬ重なり合いをしていることに気づき、最終的にそれを確認した。

「それは非常に模索的で、変革の時代でした」とハーロウは言う。「私はそこで始めた多くの道をまだ模索中です。」

ハーバード大学で 2 番目のポスドクを取得した後、ハーロウは 2017 年に若手教員として MIT に入社し、量子重力と量子情報科学の研究において驚くべきつながりを築き続けています。同研究所、そしてより広範な理論物理学の分野において、彼は権威に対する合議制で生産的な無視を楽しんできました。

「ここは、世界で最も有名な理論物理学者のところに行って、彼らが間違っていると言えるコミュニティです。議論があれば、彼らは私の話を聞いてくれるでしょう」とハーロウ氏は言う。「人々はオープンです。重要なのは、私たちが正しい答えを見つけるということです。誰がそれを見つけるかはそれほど重要ではないという、核となる共通の合意があります。」

MIT に来て以来のハーロウの業績には、量子重力の対称性の可能性には強い制限があることの証明、重力系のエネルギーの性質についての深い理解、量子力学的なブラックホールの内部を理解するための具体的な数学的枠組みが含まれます。

ハーロウは研究を超えて、より多様な意見や視点を物理学の分野にもたらすよう取り組んでいます。 MIT の外での指導や擁護活動に加えて、彼は物理学科内で毎年夏に過小評価され恵まれない背景を持つ学生を MIT で物理学の研究に招待するプログラムを実行しています。

「残念なことに、物理学は依然としてどちらかというと白人男性向けであり、より幅広い人類にとって物理学をより歓迎し、利用しやすいものにすることが、今後の私の優先事項の 1 つです」と彼は言います。

今後を見据えて、ハーロウ氏は、おそらくホログラム宇宙のブラックホールではなく、宇宙論、そして実際の宇宙の量子構造と進化にもっと焦点を当てて、研究の道を新たな方向に向けることを検討している。

「私は長い間、反デ・シッターの領域に住んでいます」とハーロウは言う。「それはいいのですが、私たちが住んでいる世界についても理解したいと思っています。それは楽しいはずです。」

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