幸福生活

从黑洞到沙子:引力全息对偶在颗粒物质中的应用

时间:2022-06-07 12:39

书中有言:“于一微尘中,悉见诸世界。”中科院理论物理研究所和上海交通大学的研究者发现,颗粒物质(如沙子)和一些黑洞模型,有着类似的非线性效应,而这两者之间的桥梁,就是“引力全息对偶”。

引力全息对偶(也称规范/引力对偶、AdS/CFT 对应)由物理学家Maldacena在1997年具体提出,是现代物理中最深刻的理论进展之一。该对偶性可以把难以解决的低维空间的物理问题映射到容易处理的高维引力体系,反之亦然。这种不同维度空间的对应类似“全息投影”技术,因而得名。虽然最初来自超弦理论,全息方法目前已经被广泛应用到量子色动力学、凝聚态物理和量子信息等领域的研究,取得了很多重要成果,例如全息对偶从理论上得到的强耦合的夸克-胶子等离子体的粘滞系数与熵密度的比值与实验值十分接近。

在本工作中,全息对偶思想被推广应用到了一种无热、宏观的无序固体——颗粒材料。由于颗粒往往具有宏观尺寸,温度引起的热涨落和量子效应都可以忽略。另外,由于颗粒材料是一种典型的无序系统(即粒子分布不存在晶格结构),传统的晶体固体理论不再适用。目前,理解和描述颗粒物质物性(例如复杂的力学响应)仍是理论上的挑战。

作为无序固体,颗粒材料能在一定程度上抵抗变形,并维持结构的完整性;但是当形变超过其承受极限后,材料就会被破环,这种现象叫做屈服。此外,在某些情况下(例如通过循环剪切使得颗粒体系变得超稳定),剪切可以导致颗粒体系的硬化(剪切模量增加)——这是一种外力下的非线性响应。在本工作中,基于全息对偶的原理,研究者从理论上预测了颗粒物质的非线性弹性、屈服和体系熵变化的内在关联。这些理论预测得到了计算机模拟结果的验证。此项工作不仅拓展了引力全息的应用范围,也揭示了黑洞物理和非晶材料潜在的联系,为研究复杂体系性质提供了新的思路。

该工作近日发表于Science Advances (1 June 2022 · Vol 8, Issue 22 · DOI:10.1126/sciadv.abm8028)上。共同第一作者为理论物理所博士后潘登和博士研究生纪腾,共同通讯作者为理论物理所金瑜亮研究员、李理副研究员和上海交通大学Matteo Baggioli副研究员。研究工作得到了国家自然科学基金、中科院、上海市科技重大项目等经费支持。主要模拟计算在中科院理论物理研究所的高性能计算平台完成。


免责声明:本站不提供任何买卖交易借贷投资,内容来源用户发布未经证实,本站不作任何保证或承诺,故不承担任何责任!如有不符内容联系删除,谢谢!

首页 | 资讯 | 居家 | 文教 | 爱车 | 运动 | 科技 | 健康 | 娱乐 | 快报

声明:第三方发布内容,本站不提供任何买卖交易借贷投资,如有违规内容联系删除V信xfkjbbt,谢谢! 备案号 闽ICP备12015687号-8  技术支持:幸福网

电脑版 | 移动版