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                從黑洞到沙子——引力全息對偶在顆粒物質中的應用

                文章來源: 發布時間: 2022-06-02 【字體:      

                  《華嚴經》有言:“于一微塵中,悉見諸世界?!敝锌圃豪碚撐锢硌芯克蜕虾=煌ù髮W的研究者發現,顆粒物質(如沙子)和一些黑洞模型,有著類似的非線性效應,而這兩者之間的橋梁,就是“引力全息對偶”。 

                  引力全息對偶(也稱規范/引力對偶、AdS/CFT 對應)由物理學家Maldacena在1997年具體提出,是現代物理中最深刻的理論進展之一。該對偶性可以把難以解決的低維空間的物理問題映射到容易處理的高維引力體系,反之亦然。這種不同維度空間的對應類似“全息投影”技術,因而得名。雖然最初來自超弦理論,全息方法目前已經被廣泛應用到量子色動力學、凝聚態物理和量子信息等領域的研究,取得了很多重要成果,例如全息對偶從理論上得到的強耦合的夸克-膠子等離子體的粘滯系數與熵密度的比值與實驗值十分接近。 

                  在本工作中,全息對偶思想被推廣應用到了一種無熱、宏觀的無序固體——顆粒材料。由于顆粒往往具有宏觀尺寸,溫度引起的熱漲落和量子效應都可以忽略。另外,由于顆粒材料是一種典型的無序系統(即粒子分布不存在晶格結構),傳統的晶體固體理論不再適用。目前,理解和描述顆粒物質物性(例如復雜的力學響應)仍是理論上的挑戰。 

                  作為無序固體,顆粒材料能在一定程度上抵抗變形,并維持結構的完整性;但是當形變超過其承受極限后,材料就會被破壞,這種現象叫做屈服。此外,在某些情況下(例如通過循環剪切使得顆粒體系變得超穩定),剪切可以導致顆粒體系的硬化(剪切模量增加)——這是一種外力下的非線性響應。在本工作中,基于全息對偶的原理,研究者從理論上預測了顆粒物質的非線性彈性、屈服和體系熵變化的內在關聯。這些理論預測得到了計算機模擬結果的驗證。此項工作不僅拓展了引力全息的應用范圍,也揭示了黑洞物理和非晶材料潛在的聯系,為研究復雜體系性質提供了新的思路。

                  該工作近日發表于Science Advances(1 June 2022 · Vol 8, Issue 22 · DOI:10.1126/sciadv.abm8028)上。共同第一作者為理論物理所博士后潘登和博士研究生紀騰,共同通訊作者為理論物理所金瑜亮研究員、李理副研究員和上海交通大學Matteo Baggioli副研究員。研究工作得到了國家自然科學基金、中科院、上海市科技重大項目等經費支持。主要模擬計算在中科院理論物理研究所的高性能計算平臺完成。

                  

                 

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                半夜翁公吃我奶第七十章

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