Als Tesla- und SpaceX-Gründer Elon Musk während Code Code 2016 Aufsehen erregte und erklärte, dass die Menschheit mit hoher Wahrscheinlichkeit in einem künstlichen, virtuellen Universum existiert, reagierte die Öffentlichkeit sehr heftig. Fans von „Matrix“ waren begeistert, andere entsetzt. Leider haben neue Forschungen gezeigt, dass es keinen Supercomputer gibt, der die Existenz von Millionen von Menschen in einer Simulation der Realität unterstützt, und das kann es auch nicht geben. Es geht nicht um Philosophie oder eine besondere Sichtweise auf das Leben, sondern um die nackten Fakten.
Ist die Matrix eine Lüge?
Eine aktuelle Studie von theoretischen Physikern der University of Oxford, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Fortschritte erst letzte Woche bestätigt endlich, dass Leben und Realität keine Produkte von Computersimulationen sind. Zu diesem Schluss kamen Forscher unter der Leitung von Zohar Ringel und Dmitry Kovrizhi, nachdem sie eine neue Verbindung zwischen Gravitationsanomalien und der Komplexität von Quantencomputern festgestellt hatten.
Befürworter einer simulierten Universumstheorie wie Musk selbst und der beliebte Astrophysiker Neil Degrasse Tyson verweisen oft auf die ständig wachsenden Fähigkeiten moderner Computersysteme als Beweis dafür, dass die Realität nachgeahmt werden kann. Im Konzept simuliertes Universum, das bereits 2003 durch den britischen Philosophen Nick Bostrom populär wurde, ist es wahrscheinlich, dass hochentwickelte Zivilisationen in der hypothetischen Zukunft realistische virtuelle Simulationen entwickeln werden, die die Illusion vergangener Epochen erzeugen. Für uns ist diese „Vergangenheit“ ziemlich real, und es wäre angebracht, die Simulationen selbst mit Computerspielen zu vergleichen, die ebenfalls interaktive Bilder alter Zivilisationen nachbilden.
Laut einer neuen Studie wird die Erstellung einer derart komplexen Simulation von Wissenschaftlern jedoch selbst in der Theorie als unmöglich angesehen. Der Grund ist einfach: In dem uns bekannten Teil des Universums gibt es einfach keine Elemente, die in der Lage wären, Mechanismen mit so hoher Rechenleistung zu bilden, um etwas so Kolossales zu modellieren.
Realität oder Simulation: Physik vs. Fiktion
Das Oxford-Team stellte die Frage: Ist es möglich, eine Computersimulation zu erstellen, die leistungsstark und komplex genug ist, um die Quanteneffekte vieler physikalischer Körper zu zeigen? Für diejenigen, die sich in Quantenphysik schlecht auskennen, erklären wir, dass in unserem Universum die Anzahl der Wechselwirkungen von Quanten untereinander so groß ist, dass sie sich einfach jeder Beschreibung entzieht. Insbesondere testeten die Wissenschaftler eine Anomalie, die als Quanten-Hall-Effekt bekannt ist, mit der Monte-Carlo-Methode, einer Computertechnik, die Zufallsstichproben verwendet, um komplexe Quantensysteme zu untersuchen.
Die Forscher fanden heraus, dass das System extrem komplex sein muss, um die Quantenphänomene, die in Materie auftreten, genau zu modellieren. Diese Komplexität nahm exponentiell zu, als die Anzahl der Partikel, die zum Modellieren des Gesamtbildes benötigt wurden, zunahm. Als Ergebnis wurde klar, dass dies unmöglich rein physikalisch - und das, obwohl die Physiker nur einen Teil der der Menschheit bekannten Welt in ihre Berechnungen einbezogen haben und nicht das gesamte Universum als Ganzes. Die Wissenschaftler betonten, dass zum Speichern vollständiger Informationen sogar über ein paar hundert Elektronen ein Computerspeicher mit mehr benötigt wird, als auf der Welt verfügbar ist. „Allerdings kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine physikalische Eigenschaft (gemeint ist die Eigenschaft einer hypothetischen Simulation) gerade ein Hindernis für eine effiziente klassische Simulation von Vielteilchen-Quantensystemen darstellt“, schreiben sie.
Die von den Forschern nachgewiesene körperliche Einschränkung reicht aus, um alle Hypothesen über die Superintelligenz zunichte zu machen, und zwingt die Menschen, in einer riesigen Computersimulation zu leben. Entgegen den Aussagen von Musk oder Tyson sind die Errungenschaften der Menschheit offenbar immer noch das Verdienst der Menschen selbst und ihrer mühevollen Arbeit und kein vorgefertigtes Programm, das die Entwicklung der Menschheit auf einen von oben gesetzten Kurs führt.
Es kann jedoch nicht argumentiert werden, dass eine Person das Universum so gut kennt, um solche Aussagen mit 100%iger Sicherheit zu treffen. Das Annehmen von Wahrscheinlichkeiten, auch von phantastischen, ist eine der Eigenschaften, durch die Menschen immer mehr Durchbrüche in der Wissenschaft erzielen und die Grenze des „Unmöglichen“ immer weiter verschieben.
Ist es wirklich möglich, ein sich bewegendes physisches Objekt ohne Energie zu haben? Aus Sicht des gesunden Menschenverstandes ist dies unmöglich, da die Bewegung selbst kinetische Energie ist. Diese offensichtliche physikalische Tatsache wurde durch das Konzept der Quanten-Raum-Zeit-Kristalle in Frage gestellt, das 2012 vom Physiker und Nobelpreisträger Frank Wilczek vom Massachusetts Institute of Technology vorgeschlagen wurde. Diese Raum-Zeit-Kristalle sind theoretische Quantensysteme, die im Standardzustand, dem niedrigsten Energiezustand, periodisch oszillieren.
Die Idee, einen Quanten-Raum-Zeit-Kristall zu schaffen, erwies sich als so attraktiv, dass eine Gruppe von Physikern der University of California in Berkeley sogar mit den Vorbereitungen für die Erstellung eines Versuchsaufbaus begann, in dem Calciumionen in einer ringförmigen Ionenfalle gefangen sind spielte die Rolle eines Kristalls. Unter dem Einfluss eines extrem schwachen Magnetfelds sollten Calciumionen beginnen, sich langsam zu drehen, während sie sich im niedrigsten Energiezustand befinden. Theoretisch kann die Rotation eines solchen Systems auch nach dem thermischen Tod des Universums unbegrenzt weitergehen, da ein solches System keine Energie absorbiert oder abgibt.
Aber wie jede exotische physikalische Theorie hat die Theorie der Raum-Zeit-Kristalle neben ihren Anhängern auch leidenschaftliche Gegner. Einer der Gegner dieser Theorie ist der berühmte Physiker Patrick Bruno (Patrick Bruno), der im Labor der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, Frankreich, arbeitet. Bruno hat wiederholt auf einige "Löcher" in der Theorie der Raum-Zeit-Kristalle hingewiesen, und vor nicht allzu langer Zeit hat er diese Theorie nicht auf dem anderen gelassen und seine eigene "Stopp-Theorie" geschaffen, die die Möglichkeit einer unendlichen Rotation vollständig ausschließt eine breite Klasse von Systemen, die sich im Standardzustand befinden und als Raumzeitkristalle bezeichnet werden können.
Nach Brunos Theorie hat das Konzept der Raum-Zeit-Kristalle zwei Hauptmängel. Erstens befindet sich das rotierende Solitron (Einzelwellenimpuls), das Vilkzek in seinem Modell beschreibt, nicht in einem Standard-, sondern in einem höheren Energiezustand. Zweitens kann ein System, das eine Rotationsbewegung ausführt, obwohl es sich in einem Normalzustand befindet, Energie in Form von elektromagnetischen Wellen in den umgebenden Raum abstrahlen, was an sich mit dem Energieerhaltungssatz in Konflikt steht.
Als Hauptargument seiner Theorie zeigt Bruno, dass die Bewegung eines Ringsystems von Quantenteilchen um den Ring einer Magnetfalle in jedem Fall die Energie des gesamten Systems erhöht und es von einem Standard- in einen höheren Energiezustand versetzt. Bruno glaubt, dass dies durch die Beschreibung rotierender Systeme belegt wird, die in den Arbeiten des Nobelpreisträgers Anthony Leggett beschrieben sind, der die Eigenschaften rotierender Superfluide, Flüssigkeiten mit unendlichem Durchflusskoeffizienten, untersuchte.
Bruno denkt, dass sein erstes Argument nicht überraschen sollte, da eine Theorie, die 1964 von einem anderen Nobelpreisträger, Walter Kohn, entwickelt wurde, besagt, dass Isoliermaterialien völlig unempfindlich gegenüber magnetischen Flüssen und deren Veränderung sind. Da Quanten-Raum-Zeit-Kristalle als Wigner-Kristalle modelliert werden und Wigner-Kristalle als Isolatoren bekannt sind, können der magnetische Fluss und das Magnetfeld das Raum-Zeit-Kristallsystem nicht drehen.
„Ich glaube, dass ich durch die Entwicklung meiner „Stopp-Theorie“ der Theorie der Möglichkeit der Existenz rotierender Raum-Zeit-Kristalle ein Ende gesetzt habe. Es tut mir leid, dass viel meiner Zeit und die Zeit anderer Wissenschaftler dafür aufgewendet wurde diese zunächst falsche Theorie. Ich habe nicht vor, weiter in diese Richtung zu arbeiten, aber wenn jemand alternative Möglichkeiten findet, die nicht mit bestehenden Theorien in Konflikt geraten, werde ich gerne wieder auf dieses Thema zurückkommen", schreibt Bruno.
Die Hypothese einer Computersimulation unseres Universums wurde 2003 vom britischen Philosophen Nick Bostrom aufgestellt, hat aber bereits ihre Anhänger in der Person von Neil deGrasse Tyson und Elon Musk gefunden, die sagten, dass die Wahrscheinlichkeit der Hypothese fast 100% beträgt. . Es basiert auf der Idee, dass alles, was in unserem Universum existiert, das Produkt einer Simulation ist, ähnlich den Experimenten, die von Maschinen aus der Matrix-Trilogie durchgeführt werden.
Simulationstheorie
Die Theorie besagt, dass es bei genügend Computern mit großer Rechenleistung möglich wird, die gesamte Welt im Detail zu simulieren, die so glaubwürdig ist, dass ihre Bewohner bewusst und intelligent sind.
Basierend auf diesen Ideen können wir annehmen: Was hindert uns daran, bereits in einer Computersimulation zu leben? Vielleicht führt eine fortgeschrittenere Zivilisation ein ähnliches Experiment durch, nachdem sie die erforderlichen Technologien erhalten hat, und unsere ganze Welt ist eine Simulation?
Viele Physiker und Metaphysiker haben bereits überzeugende Argumente für die Idee geschaffen, indem sie auf verschiedene mathematische und logische Anomalien verwiesen. Aufgrund dieser Argumente kann man von der Existenz eines Weltraum-Computermodells ausgehen.
Mathematische Widerlegung der Idee
Zwei Physiker aus Oxford und der Hebräischen Universität in Jerusalem, Zohar Ringel und Dmitry Kovrizhin, bewiesen jedoch die Unmöglichkeit einer solchen Theorie. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachblatt „Science Advances“.
Durch die Modellierung eines Quantensystems stellten Ringel und Kovrizhin fest, dass die Simulation von nur wenigen Quantenteilchen enorme Rechenressourcen erfordern würde, die aufgrund der Natur der Quantenphysik exponentiell mit der Anzahl der simulierten Quanten zunehmen würden.
Ein Terabyte RAM wird benötigt, um eine Matrix zu speichern, die das Verhalten von 20 Spins von Quantenteilchen beschreibt. Extrapolieren wir diese Daten auf nur ein paar hundert Drehungen, erhalten wir, dass wir mehr Atome brauchen würden, um einen Computer mit dieser Menge an Speicher zu bauen, als die Gesamtzahl der Atome im Universum.
Mit anderen Worten, angesichts der Komplexität der Quantenwelt, die wir beobachten, kann bewiesen werden, dass jede vorgeschlagene Computersimulation des Universums scheitern wird.
Oder ist es vielleicht eine Simulation?
Auf der anderen Seite wird man bei fortgesetzter philosophischer Argumentation schnell auf die Frage kommen: „Ist es möglich, dass fortgeschrittenere Zivilisationen diese Komplexität der Quantenwelt absichtlich in den Simulator legen, um uns in die Irre zu führen?“ Dmitry Kovrizhin antwortet darauf:
Das ist eine interessante philosophische Frage. Aber es liegt außerhalb des Bereichs der Physik, daher möchte ich es lieber nicht kommentieren.
Wissenschaftler der Universität Oxford haben die Theorie widerlegt, dass die Welt in einer Computersimulation existiert. An der Studie arbeiteten Zohar Ringel und Dmitry Kovrizhin.
Unsere Spezies ist viel älter als Wissenschaftler bisher dachten Wissenschaftler untersuchten die DNA von Fossilien, die in Marokko gefunden wurden, und kamen zu dem Schluss, dass die Spezies Homo sapiens in der Zeit vor 260 bis 350.000 Jahren auftauchte. Das berichtet die New York Post. Früher hielt man die ältesten bekannten Fossilien eines Menschen unserer Art für Fossilien aus Äthiopien im Alter von etwa 200.000 Jahren.
Wissenschaftler haben widerlegt, dass ein Computer eine so große Anzahl gleichzeitiger Aktionen erstellen kann.
Ringel und Kovrizhin berechneten, dass allein das Speichern von Informationen über ein paar hundert Elektronen Computerspeicher erfordern würde, was mehr Atome erfordern würde, als es im Universum gibt.
Die Studie bewies, dass es unmöglich ist, ein solches System auf einem klassischen Computer zu simulieren, aber es ist wahrscheinlich, dass Quantencomputer eines Tages damit fertig werden.
Der amerikanische Geschäftsmann und Erfinder Elon Musk ist einer der Anhänger der Matrixtheorie. Er glaubt, dass die Menschheit in einer Simulation der realen Welt lebt.
Wie Musk argumentierte, entwickeln sich Videospiele sehr schnell und Menschen erschaffen durch sie bereits eine andere Realität und können sie kontrollieren. Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Menschheit in einer grundlegenden Realität lebt, eins zu Milliarden.
Siehe auch: Nobelpreis für Physik für Entdeckung der Gravitationswellen verliehen
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Unsere Spezies ist viel älter als Wissenschaftler bisher dachten Wissenschaftler untersuchten die DNA von Fossilien, die in Marokko gefunden wurden, und kamen zu dem Schluss, dass die Spezies Homo sapiens in der Zeit vor 260 bis 350.000 Jahren auftauchte. Das berichtet die New York Post. Früher hielt man die ältesten bekannten Fossilien eines Menschen unserer Art für Fossilien aus Äthiopien im Alter von etwa 200.000 Jahren.
Medizin-Nobelpreis für „biologische Uhr“
Die US-Wissenschaftler Jeffrey Hall, Michael Rosbash und Michael Young wurden Preisträger Heute wurden in Stockholm die Namen der Nobelpreisträger bekannt gegeben. Das teilt das Nobelkomitee auf Twitter mit. Der Preis wurde den US-Wissenschaftlern Jeffrey Hall, Michael Rosbash und Michael Young für die Entdeckung der molekularen Mechanismen verliehen, die circadiane Rhythmen steuern. Zirkadiane Rhythmen helfen bei der Kontrolle von Schlaf, Ernährung, Hormonproduktion und Blutdruck.
Nobelpreis für Physik für die Entdeckung der Gravitationswellen verliehen
Der Physik-Nobelpreis 2017 ging an die US-Wissenschaftler Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish Heute wurde der Physik-Nobelpreis an die US-Wissenschaftler Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne für den Nachweis von Gravitationswellen mit dem LIGO-Detektor verliehen. Das teilt das Nobelkomitee auf Twitter mit. Im vergangenen Jahr ging der Nobelpreis für Physik an David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz „für ihre theoretischen Entdeckungen in topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen der Materie“.
Das Ministerium für natürliche Ressourcen initiiert Studien zur Elchpopulation in der Ukraine
Laut Semerak wird die Agentur, wenn sich die Informationen über die Bedrohung der Existenz von Elchen bestätigen, zum begonnenen Dialog über das Jagdverbot zurückkehren und das Ministerium für Ökologie und natürliche Ressourcen eine wissenschaftliche Untersuchung der europäischen Elchpopulation in der Ukraine einleiten . Dies erklärte der Minister für Ökologie und natürliche Ressourcen Ostap Semerak während einer gemeinsamen Pressekonferenz des Ministeriums für natürliche Ressourcen und des Ministeriums für Agrarpolitik, berichtet das Regierungsportal. „Die Diskussion um das Verbot der Elchjagd ist noch nicht beendet.
Türkische Archäologen behaupten, das Grab des Weihnachtsmanns gefunden zu haben
In den unterirdischen Räumen der St.-Nikolaus-Kirche in der Nähe der türkischen Stadt Demre wurde ein intaktes Grab gefunden. Türkische Archäologen berichteten, dass sie angeblich die Grabstätte von Nikolaus dem Wundertäter gefunden haben, aber bisher nicht zu seinen Überresten gelangen können. Das teilt die Luftwaffe mit. Es wird berichtet, dass das intakte Grab in den unterirdischen Räumlichkeiten der St.-Nikolaus-Kirche in der türkischen Stadt Demre in der südwestlichen Provinz Antalya gefunden wurde.
Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, HIV-infizierte Zellen zu zerstören
KIEW. 13. Oktober. UNN. Modifizierte DNA-Immunzellen, die von amerikanischen Molekularbiologen erfunden wurden, begannen, mit HIV infizierte Zellen zu erkennen und zu zerstören, bevor das Virus beginnt, das Immunsystem zu zerstören. Wissenschaftler haben erfolgreich Studien an Mäusen durchgeführt, berichtet UNN unter Bezugnahme auf PLoS Pathogens.Diese tronsgenen T-Zellen können den Körper von Tieren vor dem Wiederauftreten der Infektion schützen, nachdem die antiretroviralen Medikamente abgesetzt wurden. Lesen Sie auch: 136.000 Menschen sind in der Ukraine mit HIV infiziert
Skorpione sind in der Lage, das Gift für Verteidigung und Angriff "abzustimmen".
Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass eine längere Einwirkung geeigneter Umweltbedingungen bei Skorpionen zu einer Veränderung der Zusammensetzung des Giftes führt: Skorpione werden von Tieren angegriffen, die in der Regel viel größer sind als sie selbst, und die Opfer sind hauptsächlich die Skorpione selbst kleinere Insekten. Daher haben Skorpione laut Naked Science gelernt, die giftige Mischung auf ihre aktuellen Bedürfnisse abzustimmen.
Wissenschaftler vermessen die Milchstraße
KIEW. 14. Oktober. UNN. Nach neuesten Messungen beträgt die Größe der Milchstraße 66,5 Tausend Lichtjahre. Schreibt über diese Ausgabe von Science, berichtet UNN.Es wird darauf hingewiesen, dass es früher unmöglich war, da direkte Messungen von Entfernungen zu astronomischen Quellen auf Parallaxe beruhen, die normalerweise nur relativ zu benachbarten Objekten gemessen werden kann. Die lange Seite der Milchstraße konnte nicht genau vermessen werden, da die Parallaxe sehr klein ist und interstellarer Staub optisches Licht aus diesen Regionen blockiert.
Wissenschaftler: Halluzinogene Pilze können bei Depressionen helfen
Psilocybin unterdrückt die Amygdala, die größtenteils für Emotionen wie Angst und Angst verantwortlich ist.Psilocybin, eine Substanz, die in halluzinogenen Pilzen vorkommt, kann das Gehirn einer Person mit schwerer chronischer Depression „neu verdrahten“, was Hoffnungen auf einen zukünftigen Behandlungsverlauf weckt. Dies sind die Schlussfolgerungen einer Studie, die von einer Gruppe von Wissenschaftlern am Imperial College London durchgeführt wurde. In einer kleinen Studie erhielten 19 Patienten eine Einzeldosis Psilocybin.
Bemerkungen:
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Die neue Arbeit von Ringel und Kovrizhin hat bewiesen, dass solche Simulationen überhaupt nicht existieren können, nicht weil die Forscher nicht erfinderisch sind, sondern weil ein prinzipientreuer Nichtwissenschaftler aus Kaliningrad die Version vorgebracht hat, dass die Menschheit in der Matrix existiert.
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Die Matrix-Hypothese: Jetzt ist alles ernst
Wissenschaftler stellen fest, dass für uns die mögliche Existenz der Matrix nichts an der Herangehensweise an die Wahrnehmung der Welt grundlegend ändert. Beweisen die obigen Argumente also, dass unser Universum eine Simulation ist? Offensichtlich nicht.
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3 EXPERIMENTE, DIE BEWEISEN, DASS WIR IN DER „MATRIX“ UNSERER ILLUSIONEN LEBEN. BEWEISE DER VIRTUELLEN WELT - Dauer: 22:54. Top 5 3.695.417 Aufrufe.
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Aktionen. Sich beschweren. Wissenschaftler haben die Unmöglichkeit der Matrix bewiesen. Unsere Wissenschaftler sind drogenabhängig. bewiesen, dass die Existenz der Matrix nicht bewiesen.
Vorzeichenerhaltende Operationen auf zweidimensionalen Gittern
Zohar Ringel, Dmitry L. Kovrizhin / Fortschritte in der Wissenschaft
In manchen Quantensystemen ist das Vorzeichenproblem grundsätzlich unlösbar. Das bedeutet, dass sie auf klassischen Computern nicht effizient simuliert werden können. Zwei Physiker, darunter einer vom Kurchatov-Institut, haben gezeigt, dass ein solches Problem durch Gravitationsanomalien in Systemen mit bosonischen Freiheitsgraden, wie dem fraktionierten Hall-Effekt, entsteht. Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
Es wird traditionell angenommen, dass alle Probleme, die auf einem klassischen Computer effizient gelöst werden können, genauso effizient auf einem Quantencomputer gelöst werden können, aber nicht umgekehrt. So wurden beispielsweise für viele Systeme mit bosonischen Freiheitsgraden, die sich beim Studium von Modellen wechselwirkender Quanten-Vielteilchensysteme (Quanten-Vielteilchensysteme) ergeben, noch keine effektiven klassischen Simulatoren gefunden. In der neuen Arbeit haben Wissenschaftler gezeigt, dass das Fehlen solcher Simulationen nicht auf mangelnden Einfallsreichtum der Forscher zurückzuführen ist, sondern auf die grundsätzliche Unmöglichkeit ihrer Existenz.
Die Autoren des Artikels stellen fest, dass der Beweis der Unmöglichkeit klassischer Simulationen im Allgemeinen ein schlecht definiertes Problem ist. Daher zeigten sie, dass grundlegende Probleme auftreten, wenn die am weitesten verbreitete Methode der numerischen Forschung auf diesem Gebiet, die Quanten-Monte-Carlo-Methode, verwendet wird. Das Hauptwerkzeug dieser Methode ist das erzeugende Funktional (Partitionsfunktion , sollte nicht mit der Partitionsfunktion aus der statistischen Mechanik verwechselt werden). Wenn man es weiß, ist es mit Hilfe der Differentiation einfach, die Korrelationsfunktionen des Systems zu finden. Es zeigt sich jedoch, dass die Berechnung des Funktionals aufgrund der Vorzeichenproblematik nicht immer möglich ist, wenn sich die Phasen der Integranden schnell ändern.
Die Grundidee des physikalischen Beweises basiert auf dem Konzept der Anomalien. Anomalien sind eigentümliche Effekte, die auftreten, wenn die auf der Ebene der klassischen Feldtheorie vorhandene Symmetrie auf der Ebene der Quantenfeldtheorie verletzt wird. Sowohl der übliche Hall-Effekt als auch die Temperatur (Rigi-Leduc-Effekt, thermischer Hall-Effekt) können als Anomalien verstanden werden - Ladung und Gravitation (Gravitationsanomalie, das Adjektiv "Gravitation" erscheint aufgrund der allgemeinen Kovarianz der Theorie und nicht aufgrund von Gravitationseffekten ) bzw.
Bei der Verknüpfung von Anomalietheorien mit statischen Eichfeldern lässt sich häufig feststellen, dass Strömungen des Eichfelds zum Auftreten komplexer Phasenfaktoren im erzeugenden Funktional führen. Dies macht es unmöglich, ein erzeugendes Funktional ohne Vorzeichenproblem zu konstruieren, bei dem komplexe Phasen per Definition verboten sind. Dies ist jedoch nicht immer der Fall und es gibt verschiedene Gegenbeispiele. Die Subtilität liegt in der Tatsache, dass komplexe Phasen nicht in der ursprünglichen Theorie, sondern als Ergebnis der Hinzufügung eines Eichfeldflusses entstehen können.
Den Beweis, dass es für das klassische erzeugende Funktional in der 2 + 1-dimensionalen Theorie des bosonischen gebrochenen Quanten-Hall-Effekts auf einer Ebene oder auf einem Torus unmöglich ist, das Vorzeichenproblem loszuwerden, führten die Physiker in drei Schritten durch. Zuerst stellten sie Gravitationsanomalien fest weil chirale Anregungen an der Grenze des untersuchten Volumens. Sie zeigten dann die Existenz eines räumlich isolierten chiralen Kanals in dieser Theorie verboten vorausgesetzt, dass der Übersetzungsoperator und der Perron-Frobenius-Operator nicht negativ sind. Gleichzeitig führt die Existenz eines vorzeichenlosen erzeugenden Funktionals (d. h. eines, bei dem es kein Vorzeichenproblem gibt) zur Nicht-Negativität dieser Operatoren. Der erhaltene Widerspruch bezeugt also die Unmöglichkeit, das Vorzeichenproblem in dieser Theorie zu umgehen.
Als nächstes betrachteten die Physiker frustrierte Quantensysteme, in denen durch spontanes Brechen der Zeitsymmetrie (Zeitumkehrsymmetrie) ähnliche Zustände wie beim fraktionierten Hall-Effekt auftreten. Zu solchen Systemen gehören beispielsweise Kagome-Quanten-Antiferromagnete. Im Allgemeinen gelten die obigen Überlegungen für sie, obwohl einige zusätzliche mikroskopische Annahmen getroffen werden müssen.
So haben Wissenschaftler gezeigt, dass es für eine breite Klasse von Quantensystemen bei der Berechnung nach der Quanten-Monte-Carlo-Methode grundsätzlich unmöglich ist, das Vorzeichenproblem loszuwerden. Das bedeutet, dass solche Systeme mit herkömmlichen, klassischen Computern nicht effektiv simuliert werden können. Vielleicht lässt sich diese Hürde in Zukunft mit Hilfe von Quantencomputern überwinden.
Kürzlich haben wir darüber gesprochen, wie Physiker das Vorzeichenproblem mit Hilfe eines neuronalen Netzes im 1 + 1-dimensionalen Thirring-Modell gelöst haben.
Dmitri Trunin
